Wie Sie wissen, sind Schwarze Löcher sehr schwer zu erkennen, da sie so schwarz sind wie der Raum um sie herum. Wir können die Position von Schwarzen Löchern nur unter besonderen Umständen bestimmen, beispielsweise wenn sie Gas von einem nahen Stern ausstoßen oder miteinander verschmelzen und einen Strom von Gravitationswellen freisetzen. Wie viele Schwarze Löcher gibt es also? Um diese Frage zu beantworten, müssen sich Astronomen theoretischen Berechnungen zuwenden, um Schätzungen vorzunehmen.
Bestandteile eines Schwarzen Lochs
Um ein Schwarzes Loch zu erschaffen, müssen Sie Sterne erschaffen, denn Schwarze Löcher entstehen durch den Tod von Sternen. Um herauszufinden, wie viele Schwarze Löcher es im Universum gibt, mussten die Forscher daher einige Schritte zurückgehen.
Der erste Schritt besteht darin, die Entwicklung von Galaxien über Milliarden von Jahren kosmischer Geschichte zu modellieren. Galaxien sind schließlich die Heimat von Sternen, und ihre Gesamtentwicklung beeinflusst, wie viele Sterne jedes Typs in ihnen erscheinen. Zum Beispiel können einige Galaxien Jahr für Jahr beständig neue Sterne bilden. Andere können Fusionen erleben, die eine unglaublich intensive Sternentstehung erzeugen, aber dann ausbrennen und nichts Bemerkenswertes tun.
Astronomen haben die Statistiken von Galaxien während der gesamten kosmischen Zeit beobachtet und einen allgemeinen Trend in der Rate der Galaxienverschmelzungen und der Demographie festgestellt. Ein weiterer Schlüsselfaktor ist die sogenannte „Metallizität“ einer Galaxie, die ein Maß für die Menge an anderen Elementen als Wasserstoff und Helium im Inneren der Galaxie ist (Astronomen nennen sie „Metalle“). Größere Galaxien haben mehr Gas, wodurch sie mehr Sterne bilden können. Aber mehr Metalle können die Gaskühlung verbessern, was wiederum dazu beiträgt, dass Galaxien effizienter neue Sterne produzieren.
Rezept für Schwarzes Loch
Mit diesen Bausteinen haben Astronomen ein Modell der Sternpopulation in Galaxien, das ihnen sagt, wie viele kleine, mittlere und große Sterne im Universum vorkommen. Und dann mussten sie die Entwicklung – und vor allem den Tod – dieser Sterne nachverfolgen. Dazu wandten sie sich der Modellierung zu, die die Eigenschaften eines bestimmten Sterns (seine Masse und Metallizität) mit seiner Lebensdauer und seinem möglichen Tod in Beziehung setzt. Nur ein Bruchteil der größten Sterne bringt Schwarze Löcher hervor, und diese Simulation sagt Astronomen, wie viel Prozent der Sterne in der Galaxie jedes Jahr erlöschen.
Astronomen mussten dann die Entwicklung von Doppelsternsystemen verfolgen, da Schwarze Löcher sich von ihren Geschwistersternen ernähren und sie mit Gas auffüllen können. Ein Schwarzes Loch, das in einem binären System gebildet wird, stellt sich daher letztendlich als größer heraus als ein allein geborenes Schwarzes Loch.
Wenn Schwarze Löcher altern, ernähren sie sich weiterhin von umgebendem Gas, was auch Astronomen zu schätzen wussten. Schließlich finden sich manchmal schwarze Löcher in der Dunkelheit des interstellaren Raums und verschmelzen miteinander. Um eine genaue Vermessung durchzuführen, mussten Astronomen daher die Rate der Verschmelzungen von Schwarzen Löchern in jeder Galaxie schätzen.
Eine große Zählung von Schwarzen Löchern
Alles in allem konnten Astronomen die Population von Schwarzen Löchern über Milliarden von Jahren verfolgen. Sie erstellten eine sogenannte „Massenfunktion“, eine Art astronomische Zählung darüber, wie viele Schwarze Löcher jeder Größe zu einem bestimmten Zeitpunkt existieren.
Es überrascht nicht, dass die größten Schwarzen Löcher, sogenannte supermassereiche Schwarze Löcher, viel seltener sind als ihre kleineren Gegenstücke. Forscher haben herausgefunden, dass unser Universum in jedem kubischen Megaparsec des Weltraums (wobei ein Megaparsec 1 Million Parsec oder 3,26 Millionen Lichtjahre entspricht) etwa 50 Millionen Schwarze Löcher mit der Masse der Sonne enthält. Wenn jedes Schwarze Loch die mehrfache Masse der Sonne hat, bedeutet dies etwa 10 Millionen einzelne Schwarze Löcher im gleichen Volumen.
Um dies ins rechte Licht zu rücken: Die Gesamtmenge an Masse, die in Schwarzen Löchern enthalten ist, beträgt etwa 10 % der Masse, die in Sternen enthalten ist. Unter all den Sternen, die Sie am Nachthimmel sehen, verstecken sich also viele schwarze Löcher. Supermassereiche Schwarze Löcher hingegen sind extrem selten, und jede Galaxie beherbergt normalerweise nur eines dieser Monster. Insgesamt machen Schwarze Löcher heute etwa 1 % aller baryonischen (nicht-dunklen) Materie im Universum aus.
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