Comme vous le savez, les trous noirs sont très difficiles à détecter car ils sont aussi noirs que l'espace qui les entoure. Nous ne pouvons localiser l'emplacement des trous noirs que dans des circonstances particulières, par exemple lorsqu'ils éjectent du gaz d'une étoile proche ou fusionnent ensemble, libérant un flux d'ondes gravitationnelles. Alors, combien y a-t-il de trous noirs ? Pour répondre à cette question, les astronomes doivent se tourner vers des calculs théoriques pour faire des estimations.
Ingrédients d'un trou noir
Pour créer un trou noir, vous devez créer des étoiles, car les trous noirs sont créés par la mort des étoiles. Par conséquent, pour savoir combien de trous noirs il y a dans l'univers, les chercheurs ont dû faire quelques pas en arrière.
La première étape consiste à modéliser l'évolution des galaxies sur des milliards d'années d'histoire cosmique. Les galaxies sont des maisons pour les étoiles, après tout, et leur évolution globale affecte le nombre d'étoiles de chaque type qui y apparaissent. Par exemple, certaines galaxies peuvent former régulièrement de nouvelles étoiles année après année. D'autres peuvent connaître des fusions qui produisent une formation d'étoiles incroyablement intense, mais s'épuisent ensuite et ne font rien de notable.
Les astronomes ont observé les statistiques des galaxies tout au long du temps cosmique, notant une tendance générale dans le taux de fusion des galaxies et la démographie. Un autre facteur clé est la soi-disant « métallicité » d'une galaxie, qui est une mesure de la quantité d'éléments autres que l'hydrogène et l'hélium à l'intérieur de la galaxie (les astronomes les appellent « métaux »). Les grandes galaxies contiennent plus de gaz, ce qui leur permet de former plus d'étoiles. Mais plus de métaux peuvent améliorer le refroidissement des gaz, ce qui aide les galaxies à produire de nouvelles étoiles plus efficacement.
recette trou noir
À l'aide de ces blocs de construction, les astronomes disposent d'un modèle de la population stellaire dans les galaxies qui leur indique combien d'étoiles petites, moyennes et grandes apparaissent dans l'univers. Et puis ils devaient retracer l'évolution – et surtout, la mort – de ces étoiles. Pour ce faire, ils se sont tournés vers la modélisation, qui relie les propriétés d'une étoile spécifique (sa masse et sa métallicité) à sa durée de vie et à sa mort éventuelle. Seule une fraction des plus grandes étoiles donne naissance à des trous noirs, et cette simulation indique aux astronomes quel pourcentage d'étoiles de la galaxie s'éteint chaque année.
Les astronomes ont ensuite dû retracer l'évolution des systèmes binaires, car les trous noirs peuvent se nourrir de leurs étoiles sœurs, les reconstituant en gaz. Ainsi, un trou noir formé dans un système binaire finira par se révéler plus grand qu'un trou noir né seul.
À mesure que les trous noirs vieillissent, ils continuent de se nourrir de tout gaz environnant, ce que les astronomes ont également apprécié. Enfin, il arrive parfois que des trous noirs se retrouvent dans l'obscurité de l'espace interstellaire et fusionnent. Ainsi, pour faire un relevé précis, les astronomes ont dû estimer le taux de fusion des trous noirs dans chaque galaxie.
Un grand recensement des trous noirs
En mettant tout cela ensemble, les astronomes ont pu suivre la population de trous noirs sur des milliards d'années. Ils ont créé une soi-disant "fonction de masse", qui est une sorte de recensement astronomique du nombre de trous noirs de chaque taille existant à un moment donné.
Sans surprise, les plus grands trous noirs, appelés trous noirs supermassifs, sont beaucoup plus rares que leurs homologues plus petits. Les chercheurs ont découvert que dans chaque mégaparsec cubique de l'espace (où un mégaparsec équivaut à 1 million de parsecs, soit 3,26 millions d'années-lumière), notre univers contient environ 50 millions de trous noirs avec la masse du Soleil. Si chaque trou noir a plusieurs fois la masse du Soleil, cela signifie environ 10 millions de trous noirs individuels dans le même volume.
Pour mettre cela en perspective, la quantité totale de masse contenue dans les trous noirs est d'environ 10 % de la masse contenue dans les étoiles. Ainsi, parmi toutes les étoiles que vous voyez dans le ciel nocturne, de nombreux trous noirs se cachent. Les trous noirs supermassifs, en revanche, sont extrêmement rares et chaque galaxie abrite généralement un seul de ces monstres. Au total, les trous noirs représentent environ 1 % de toute la matière baryonique (non noire) de l'univers aujourd'hui.
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