Wie viele schwarze Löcher gibt es im Universum? Die neueste Zahl: 400 Billionen!

Wie viele schwarze Löcher gibt es im Universum? Dies ist eine der drängendsten Fragen der modernen Astrophysik und Kosmologie, und Wissenschaftler haben jetzt endlich eine Antwort!

Wissenschaftler der International School for Advanced Studies (SISSA) in Italien und anderer Institutionen schrieben in der neuesten Ausgabe des „The Astrophysical Journal“, dass sie zum ersten Mal die Anzahl der stellaren Schwarzen Löcher gezählt und ihre Verteilung im Universum berechnet hätten. Auf dieser Grundlage berechneten sie, dass die Zahl der Schwarzen Löcher im derzeit beobachtbaren Universum etwa 400 Billionen beträgt.

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In der neuesten Studie haben Wissenschaftler den fortschrittlichsten Algorithmus zur Stern- und Doppelsternentwicklung SEVN, der vom SISSA-Forscher Dr. Mario Spera entwickelt wurde, mit empirischen Formeln für galaxienbezogene physikalische Eigenschaften (insbesondere der Sternentstehungsrate, der Anzahl der Schwarzen Löcher mit Sternmasse und dem Metallgehalt des interstellaren Mediums) integriert und eine einzigartige Berechnungsmethode entwickelt, um zu den oben genannten Schlussfolgerungen zu gelangen.

Schwarze Löcher mit stellarer Masse haben Massen von einigen wenigen bis zu Hunderten von Sonnenmassen und entstehen am Ende des Lebens massereicher Sterne. Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass etwa 1 % der gewöhnlichen Materie im Universum in Schwarzen Löchern mit Sternmasse „eingeschlossen“ ist.

Die Forscher erklärten: „Eigenschaften wie die Sternentstehungsrate sind wichtige Elemente bei der Bestimmung der Anzahl und Masse stellarer Schwarzer Löcher. Mithilfe neuer Berechnungsmethoden haben wir die Anzahl stellarer Schwarzer Löcher und ihre Massenverteilung im Laufe der Geschichte des Universums ermittelt und daraus die Anzahl der Schwarzen Löcher im gesamten beobachtbaren Universum abgeleitet.“

Dr. Alex Cecilia, der Hauptautor der Studie, kommentierte: „Dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler die Anzahl der Schwarzen Löcher mit Sternmasse berechnet haben, und die Schlussfolgerungen, die sie gezogen haben, sind die bisher solidesten.“

Diese Forschung deckt verschiedene Aspekte der Sternastrophysik, der Galaxienentstehung und -entwicklung, der Gravitationswellen und der Multi-Messenger-Astrophysik ab und legt damit eine solide Grundlage für die weitere Forschung über Schwarze Löcher mit Sternmasse und ihre Ursprünge. „

Sie können auch etwas über Schwarze Löcher lernen

Schwarze Löcher können sogar Licht absorbieren, sodass sie selbst unsichtbar sind, wir aber die leuchtende Materie um sie herum sehen können, die heller sein kann als die Summe aller Sterne in ihrer Wirtsgalaxie.

Die Entstehung Schwarzer Löcher hängt eng mit dem Kollaps von Sternen zusammen. Im alten China gibt es Aufzeichnungen darüber, dass eines Tages plötzlich ein besonders heller Stern am Himmel erschien. Später erfuhren wir, dass der Stern aufgrund seines Übergewichts unter seiner eigenen Schwerkraft kollabierte und dass dabei eine starke Strahlung ausging, sodass wir das helle Licht sehen konnten, das er aussendete.

Im Jahr 1783 entdeckte der britische Geologe und Astronom John Michell bei der Untersuchung der Newtonschen Gravitation: Wenn die Dichte eines Himmelskörpers groß genug ist, ist seine Gravitation extrem stark und alle Materie in seiner Nähe wird von ihm angezogen.

Im Jahr 1915 schlug Einstein die allgemeine Relativitätstheorie vor. Einige Monate später gelangte Schwarzschild, der sich auf dem deutschen Schlachtfeld befand, zur exakten Lösung der Feldgleichungen Einsteins, nachdem er eine sphärische Näherung an die Feldgleichungen vorgenommen hatte. Diese Lösung spiegelte ein nicht rotierendes Schwarzes Loch wider, nämlich das Schwarzschild-Schwarze Loch, das wir heute kennen. Im uns bekannten realen Universum haben fast alle Himmelskörper einen Drehimpuls und befinden sich in einem Rotationszustand. Daher glaubt niemand, dass die von Schwarzschild gefundene Lösung ohne Rotation wirklich existiert.

In den folgenden Jahrzehnten waren relevante astronomische Beobachtungen aufgrund der anhaltenden Kriegsereignisse sehr selten. In theoretischer Hinsicht machten Oppenheimer und seine Studenten Ende der 1930er Jahre die einzige Entdeckung: Wenn ein massereicher Stern schließlich stirbt, d. h. kugelförmig kollabiert, bildet sich schließlich eine Singularität, die wir als Schwarzes Loch bezeichnen.

Im Jahr 1979 verwendete der Wissenschaftler Jean-Pierre Luminet Computerberechnungen und malte von Hand die erste Darstellung eines Schwarzen Lochs.

Von da an betrat die menschliche Vorstellung von schwarzen Löchern die visuelle Bühne.

Das erste Rendering eines Schwarzen Lochs

Im Jahr 1989 simulierte Jean-Alain Marck mithilfe von Computern schwarze Löcher aus verschiedenen Winkeln. Sie sahen aus wie fliegende Untertassen oder nach unten blickende Laternen.

Simulation eines Schwarzen Lochs

Nach dem Jahr 2000 simulierten Wissenschaftler mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie das verzerrte Bild einer Galaxie, die durch ein schwarzes Loch fliegt. Im Jahr 2014 lieferte Regisseur Nolan im Science-Fiction-Film „Interstellar“ sogar das „realste“ Bild eines Schwarzen Lochs.

Das schwarze Loch im Film Interstellar

Im Jahr 2015 wurden erstmals Gravitationswellen nachgewiesen, die den ersten konkreten Beweis für die Existenz Schwarzer Löcher lieferten. Wissenschaftler beschrieben es als das erste Mal, dass Menschen ein Schwarzes Loch „hörten“.

Am 10. April 2019 koordinierte die Event Horizon Telescope (EHT)-Kollaboration eine Konferenz an sechs Standorten auf der ganzen Welt, um gemeinsam das erste Foto eines Schwarzen Lochs zu veröffentlichen. Seitdem wurde Einsteins allgemeine Relativitätstheorie aus der Perspektive starker Gravitationsfelder verifiziert.

Das erste von Menschenhand aufgenommene Foto eines Schwarzen Lochs ist ein Bild des supermassiven Schwarzen Lochs (M87*) im Zentrum der Galaxie M87. Der dunkle Bereich in der Mitte des Fotos ist der „Schatten des Schwarzen Lochs“, und die umgebende ringförmige asymmetrische Struktur wird durch den starken Gravitationslinseneffekt und den relativistischen Strahleneffekt verursacht. Aufgrund des Rotationseffekts des Schwarzen Lochs zeigt das Bild eine Asymmetrie zwischen oben (Norden) und unten (Süden).

Welche Bedeutung hat die Erforschung Schwarzer Löcher für die Entwicklung der Wissenschaft?

Für Wissenschaftler hilft die Untersuchung Schwarzer Löcher nicht nur dabei, die Naturgesetze der Himmelsentwicklung besser zu verstehen, sondern – was noch wichtiger ist – sie hilft uns, die Beziehung zwischen Quantenmechanik und Gravitationstheorie sowie die Rolle Schwarzer Löcher in der Entwicklung des Universums zu verstehen.

Was man heute weiß, ist, dass es im Inneren eines Schwarzen Lochs immer noch Zeit und Raum gibt. Es ist möglich, dass Schwarze Löcher tatsächlich unsterblich sind und größer und dicker werden. Was würde also passieren, wenn eine Person in ein schwarzes Loch „fallen“ würde? Wird es in die zentrale Singularität eines Schwarzen Lochs fallen? Hoffentlich können uns Wissenschaftler eines Tages die Antwort geben.

Umfassende Quellen: Science and Technology Daily, Institute of High Energy Physics, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Xinhuanet, China Science Expo usw.