Warum ist die Aussage „Schwarze Löcher machen 1 % der Masse der Milchstraße aus“ unbekannt?

(a) Wir können nicht ALLES entdecken , aber wir können sicherlich Schätzungen ihrer integralen Eigenschaften vornehmen. Zum Beispiel schätzen wir, dass es in der Galaxie etwa 100 Milliarden Sterne gibt, aber wir können nur einen winzigen Bruchteil davon beobachten. Wir haben auch einen winzigen Bruchteil der stellaren Schwarzen Löcher in unserer Galaxie beobachtet – jene wenigen Beispiele, die sich durch ihre binären Begleiter offenbart haben.

(b) Ja, das tun wir. Es sind etwas mehr als 4 Millionen Sonnenmassen und damit ein vernachlässigbarer Bruchteil der Gesamtmasse der Galaxie.

(c) und (d) Es geht nicht nur um die Entwicklung von Sternen, sondern auch um die Verteilung der Geburtsmassen von Sternen (die anfängliche Massenfunktion), die bekannt sein muss, möglicherweise als Funktion der Zeit.

Der Teil der Sternentwicklung weist eine große Unsicherheit auf, da, obwohl ziemlich sicher ist, dass alle Sterne über etwa 10 Sonnenmassen ihr Leben in Supernovae beenden, es nicht sicher ist, welcher Anteil die Überreste von Schwarzen Löchern hinterlassen wird. Dies ist wahrscheinlich eine starke Funktion der Masse – höhere Massen begünstigen ein Schwarzes Loch und Vorläufer-Metallizität; Sterne mit geringer Metallizität verlieren während ihres Lebens weniger Masse und kollabieren mit größerer Wahrscheinlichkeit direkt zu einem Schwarzen Loch - siehe Heger et al. (2003) .

Sie können eine Rückseitenberechnung durchführen. Angenommen, der IWF hat die Salpeter-Form$N(M)\propto M^{-2.35}$zwischen 0,1 und 100 Sonnenmassen. Nehmen Sie weiter an, dass: weil ein Stern mit 1 Sonnenmasse eine Lebensdauer von 10 Milliarden Jahren hat, das Alter der Galaxie 10 Milliarden Jahre beträgt und die stellare Lebensdauer eine sehr stark inverse Funktion der Masse ist$(\propto M^{-2.5})$, dass die 100 Milliarden Sterne, die wir ableiten, in unserer Galaxie existieren (durch Zählen der lokalen Sterne und Messen der Sterndichte an anderer Stelle und Extrapolieren), überwiegend alle Sterne mit 0,1 bis 1 Sonnenmasse sind, die jemals geboren wurden. Dadurch können wir dann abschätzen, wie viele Sterne in einem beliebigen Massenbereich geboren wurden – selbst wenn sie schon lange gestorben sind.

Wenn ich also die obigen Annahmen treffe, werde ich die weitere Annahme treffen, dass alle Sterne mit 20-100 Sonnenmassen sterben und einen Überrest eines Schwarzen Lochs hinterlassen. Wenn meine Mathematik korrekt ist, dann gibt es ungefähr$10^{11}/1400 \sim 7\times 10^{7}$Schwarze Löcher in unserer Galaxie. Das heißt, auf 1400 Sterne mit 0,1-1 Sonnenmasse kommt 1 Schwarzes Loch.

Die verbleibenden Teile des Puzzles sind die Masse eines typischen Schwarzen Lochs und die Masse der Galaxie. Eine gute Zahl für Ersteres sind etwa 10 Sonnenmassen, da sich die Schwarzloch-Doppelsterne bei diesem Wert oder etwas darunter zu häufen scheinen ( Ozel et al. 2010 ). Letzteres ist noch Gegenstand der Untersuchung. Es scheint eine Größenordnung größer zu sein als alle Sterne, Gas und Staub aufgrund irgendeiner Form von dunkler Materie. Lassen Sie uns die Nummer verwenden$7\times 10^{11}$Sonnenmassen ( Eadie & Harris 2016 ).

Meine letzte Zahl ist also, dass sich schwarze Löcher bilden$7\times 10^{7}\times 10/7\times 10^{11} = 0.1$Prozent der Masse der Milchstraße.

Sie könnten diese Zahl um einen Faktor von einigen erhöhen, indem Sie annehmen, dass der IMF in der Vergangenheit mehr massereichere Sterne enthielt oder dass die Schwellenmasse für die Produktion von Schwarzen Löchern in der Vergangenheit für Sterne mit geringer Metallizität niedriger war. Beide scheinen theoretisch möglich und sind aktive Untersuchungsgegenstände.