知道了宇宙中恒星级质量黑洞的总数 ， 可以帮助人类进一步理解宇宙“巨型怪兽”是如何从“轻种子”黑洞生长起来的 ， 进而可以让人们对恒星演化、星系演化等基本天体物理过程有更深刻的认识 ， 对双黑洞系统的形成渠道有更清楚的分辨 ， 对双星演化涉及的物理过程有更好的理解 。
黑洞 ， 宇宙中最神秘的天体之一 ， 它的起源和形成讲述着宇宙的过去和未来 。 黑洞在宇宙中占比多少？对宇宙有多大影响？科学家一直在寻找答案 。
不久前 ， 来自意大利国际高等研究院(SISSA)等机构的科学家在《天体物理学杂志》上撰文称 ， 他们首次计算出恒星级质量黑洞在整个宇宙中的数量及分布情况 。 他们估计 ， 宇宙中恒星级质量黑洞的数量达到了4000亿亿个 。
天文学家迫切希望摸清黑洞“家底”
据悉 ， 研究人员通过黑洞诞生的几率、恒星质量、星系的金属丰度等多个指标综合评估得到了恒星级质量黑洞数据 。
“恒星级质量黑洞是大质量恒星演化到终结的产物 ， 它的数量中隐含着恒星、双星形成和演化以及星系形成和演化的信息 。 ”华中科技大学物理学院教授雷卫华表示 ， 研究这些黑洞的数量和质量分布 ， 对于理解星系和宇宙的结构及演化具有重要意义 ， 因此宇宙中究竟有多少个黑洞 ， 也是现代天体物理学和宇宙学领域最希望解决的问题之一 。
一般而言 ， 通过质量可以将黑洞划分为恒星级质量黑洞、中等质量黑洞以及超大质量黑洞三类 。
现有理论认为 ， 恒星级质量黑洞 ， 即5倍—150倍太阳质量的黑洞 ， 是恒星走向寿命终点后坍塌而成 ， 这些黑洞互相之间也常发生并合事件 ， 并合后的黑洞质量更大 。 但是科学家仍不明确 ， 那些超大质量黑洞到底是怎样发展而来 。
科学研究表明 ， 很多星系中心都“隐藏”着百万到百亿倍太阳质量的超大质量黑洞 ， 它们是宇宙中的“巨型怪兽” ， 而它们与星系之间存在着紧密联系 ， 其中几千到百万倍太阳质量的中等质量黑洞被认为是形成这些宇宙“巨型怪兽”的“重种子” ， 而恒星级质量黑洞则是形成宇宙“巨型怪兽”的“轻种子” 。 因此 ， 探测出两类“种子”的数量及分布是研究超大质量黑洞形成的理论基础 。
那么 ， 宇宙中是否存在几千到百万倍太阳质量的中等质量黑洞？雷卫华表示目前也只有一些观测上的初步证据 ， 实际中等质量黑洞是否存在尚不清楚 。 但是 ， 对于解释一些出现在早期宇宙(宇宙诞生后8亿年内)中超过10亿倍太阳质量的黑洞来说 ， 中等质量黑洞的存在具有决定性意义 。 未来空间引力波探测或许会给出答案 ， 告诉我们到底有没有中等质量黑洞 ， 以及有多少中等质量黑洞 。
雷卫华介绍 ， 随着望远镜探测能力不断提升 ， 人类对宇宙的探测越来越深 ， 与黑洞相关的很多现象都发生在宇宙学尺度 ， 科学家观测这些现象所获得的天体性质也是在宇宙尺度上的 ， “估算跨越宇宙演化历程的黑洞分布和数量对于解释超大质量黑洞具有决定性作用 ， 对天体物理研究是非常有意义的 。 ”雷卫华说 。
黑洞无法直接观测该如何计数
黑洞引力非常大 ， 无论是物质还是辐射 ， 甚至光都难以从黑洞内部逃脱 ， 也正因为如此 ， 人类无法直接看到它们 。 科研人员表示 ， 黑洞无法直接观测 ， 但可以借由一些间接方式得知黑洞的存在与质量 。 例如 ， 借由物体被黑洞吸入前因黑洞引力带来的加速度而导致的摩擦放出的射线信息 ， 可以推测出黑洞的存在 ， 也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹来获取黑洞的位置以及质量 。