Combien y a-t-il de trous noirs dans l’univers ? —

La question intrigante a récemment été abordée par le doctorat SISSA. étudiant Alex Sicilia, supervisé par le professeur Andrea Lapi et le Dr Lumen Boco, ainsi que d’autres collaborateurs de SISSA et d’autres institutions nationales et internationales. Dans un premier article d’une série qui vient d’être publiée dans Le Journal d’Astrophysique, les auteurs ont étudié la démographie des trous noirs de masse stellaire, c’est-à-dire des trous noirs dont la masse varie de quelques à quelques centaines de masses solaires, qui se sont formés à la fin de la vie des étoiles massives. Selon la nouvelle recherche, une quantité remarquable d’environ 1% de la matière ordinaire (baryonique) globale de l’Univers est enfermée dans des trous noirs de masse stellaire. Étonnamment, les chercheurs ont découvert que le nombre de trous noirs dans l’univers observable à l’heure actuelle est d’environ 40 x 10¹⁸ (c’est-à-dire 4 suivi de 19 zéros !).

Une nouvelle méthode pour calculer le nombre de trous noirs

Comme l’expliquent les auteurs de la recherche : “Ce résultat important a été obtenu grâce à une approche originale qui combine le code d’évolution stellaire et binaire de pointe SEVN développé par le chercheur SISSA, le Dr Mario Spera, à des prescriptions empiriques pour des propriétés des galaxies, en particulier le taux de formation d’étoiles, la quantité de masse stellaire et la métallicité du milieu interstellaire (qui sont tous des éléments importants pour définir le nombre et les masses des trous noirs stellaires). approche cohérente, grâce à leur nouvelle approche de calcul, les chercheurs ont ensuite déduit le nombre de trous noirs stellaires et leur distribution de masse à travers toute l’histoire de l’Univers. Alex Sicilia, premier auteur de l’étude, commente : « Le caractère innovant de cette le travail est dans le couplage d’un modèle détaillé d’évolution stellaire et binaire avec des recettes avancées pour la formation d’étoiles et l’enrichissement en métal dans l’individu g alaxies. Il s’agit de l’un des premiers et des plus robustes calculs ab initio de la fonction de masse du trou noir stellaire à travers l’histoire cosmique.”

Origine des trous noirs stellaires les plus massifs

L’estimation du nombre de trous noirs dans l’univers observable n’est pas la seule question étudiée par les scientifiques dans cette recherche. En collaboration avec le Dr Ugo Di Carlo et le professeur Michela Mapelli de l’Université de Padoue, ils ont également exploré les différents canaux de formation des trous noirs de différentes masses, comme les étoiles isolées, les systèmes binaires et les amas stellaires. Selon leurs travaux, les trous noirs stellaires les plus massifs proviennent principalement d’événements dynamiques dans les amas stellaires. Plus précisément, les chercheurs ont montré que de tels événements sont nécessaires pour expliquer la fonction de masse des trous noirs coalescents, telle qu’estimée à partir des observations d’ondes gravitationnelles par la collaboration LIGO/Virgo.

Lumen Boco, co-auteur de l’article, commente : “Notre travail fournit une théorie robuste pour la génération de graines légères pour les trous noirs (super)massifs à décalage vers le rouge élevé, et peut constituer un point de départ pour enquêter sur l’origine des “graines lourdes”. ‘, que nous développerons dans un prochain article.

Prof. Andrea Lapi, superviseur de Sicilia et coordinateur du doctorat. en astrophysique et cosmologie au SISSA, ajoute : “Cette recherche est vraiment multidisciplinaire, couvrant des aspects et nécessitant une expertise en astrophysique stellaire, formation et évolution des galaxies, onde gravitationnelle et astrophysique multi-messagers ; en tant que telle, elle nécessite des efforts de collaboration de divers membres de le groupe d’astrophysique et de cosmologie du SISSA, et un réseau solide avec des collaborateurs externes.”

Le travail d’Alex Sicilia s’inscrit dans le cadre d’un projet de réseau de formation innovant “BiD4BESt – Big Data Application for Black Hole Evolution Studies” co-PIed par le professeur Andrea Lapi de SISSA (H2020-MSCAITN-2019 Project 860744), qui a été financé par l’Union européenne avec environ 3,5 millions d’euros au total ; il implique plusieurs partenaires académiques et industriels, pour fournir un doctorat. formation de 13 chercheurs en début de carrière dans le domaine de la formation et de l’évolution des trous noirs, en exploitant des techniques avancées de science des données.