Почему неизвестно утверждение «черные дыры составляют 1% массы Галактики Млечный Путь»?

(а) Мы не можем обнаружить ВСЕ что- либо , но мы определенно можем оценить их интегральные свойства. Например, по нашим оценкам, в галактике около 100 миллиардов звезд, но мы можем наблюдать лишь малую часть из них. Мы также наблюдали крошечную часть звездных черных дыр в нашей галактике — те немногие примеры, которые проявили себя через своих двойных компаньонов.

(б) Да, мы делаем. Это чуть более 4 миллионов солнечных масс и, таким образом, ничтожная часть общей массы Галактики.

(c) и (d) Здесь задействована не только звездная эволюция, необходимо знать распределение масс при рождении звезд (начальная функция масс), возможно, как функцию времени.

Часть звездной эволюции имеет большую неопределенность в том, что, хотя с достаточной уверенностью можно сказать, что все звезды с массой более 10 солнечных заканчивают свою жизнь в виде сверхновых, неизвестно, какая часть оставит остатки черной дыры. Это, вероятно, сильно зависит от массы - более высокие массы благоприятствуют черной дыре и металличности прародителя; звезды с низкой металличностью теряют меньше массы в течение своей жизни и с большей вероятностью непосредственно коллапсируют в черную дыру — см. Heger et al. (2003) .

Вы можете сделать обратный расчет конверта. Предположим, что МВФ имеет форму «Селитра».$N(M)\propto M^{-2.35}$от 0,1 до 100 солнечных масс. Далее предположим, что: поскольку время жизни звезды массой 1 Солнце составляет 10 миллиардов лет, возраст Галактики составляет 10 миллиардов лет, а время жизни звезды является очень сильной обратной функцией массы.$(\propto M^{-2.5})$, что 100 миллиардов звезд, которые, согласно нашим выводам, существуют в нашей Галактике (путем подсчета местных звезд и измерения звездной плотности в других местах и ​​экстраполяции), преимущественно представляют собой все когда- либо родившиеся звезды с массой от 0,1 до 1 солнечной . Это позволяет нам затем оценить, сколько звезд родилось в любом диапазоне масс, даже если они давно умерли.

Таким образом, делая вышеприведенные предположения, я сделаю еще одно предположение, что все звезды с массой от 20 до 100 солнечных умирают и оставляют остаток черной дыры.$10^{11}/1400 \sim 7\times 10^{7}$Черные дыры в нашей Галактике. То есть на каждые 1400 звезд массой 0,1-1 солнечная приходится 1 черная дыра.

Остальные части головоломки: какова масса типичной черной дыры и какова масса Галактики? Хорошее число для первого составляет около 10 солнечных масс, поскольку двойные черные дыры, по-видимому, группируются при этом значении или немного ниже ( Озел и др., 2010 ). Последнее до сих пор является предметом исследования. Кажется, что она на порядок больше, чем все звезды, газ и пыль из-за какой-то формы темной материи. Давайте использовать номер$7\times 10^{11}$солнечных масс ( Иди и Харрис, 2016 ).

Итак, моя последняя цифра в том, что черные дыры образуются$7\times 10^{7}\times 10/7\times 10^{11} = 0.1$процентов массы Млечного Пути.

Вы можете увеличить это число в несколько раз, если предположите, что в ММП в прошлом было больше звезд с более высокой массой, или что пороговая масса для образования черных дыр была ниже в прошлом для звезд с низкой металличностью. Оба кажутся теоретически возможными и являются предметом активных исследований.