Πόσα αστέρια τελικά συγκρούονται ως μαύρες τρύπες; Το σύμπαν έχει προϋπολογισμό για αυτό

Στην απεραντοσύνη του σύμπαντος, όπου τα ουράνια αντικείμενα είναι διάσπαρτα σε όλους τους γαλαξίες, τα αστέρια περνούν από ένα αξιοσημείωτο ταξίδι κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Ενώ τα περισσότερα αστέρια τελειώνουν τη ζωή τους ειρηνικά ως λευκοί νάνοι ή αστέρια νετρονίων, ένας επιλεγμένος λίγοι προορίζονται για μια πιο κατακλυσμική μοίρα:συγκρούοντας με άλλα αστέρια και σχηματίζοντας μαύρες τρύπες. Αυτές οι αστρικές συγκρούσεις είναι σπάνιες αλλά αναπόφευκτες εκδηλώσεις, που διέπονται από τους νόμους της φυσικής και την εξέλιξη των αστεριών.

Ο σχηματισμός μαύρων οπών μέσω αστρικών συγκρούσεων εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως οι μάζες των εμπλεκόμενων αστεριών, η τροχιακή δυναμική τους και οι συνθήκες στο περιβάλλον τους. Οι αστρικές συγκρούσεις δεν είναι απλώς τυχαία γεγονότα. Εμφανίζονται ως αποτέλεσμα συγκεκριμένων αστροφυσικών σεναρίων.

Ένα τέτοιο σενάριο περιλαμβάνει δυαδικά συστήματα αστέρων, όπου δύο αστέρια συνδέονται με βαρύτητα ο ένας στον άλλο και περιστρέφονται γύρω από ένα κοινό κέντρο μάζας. Εάν αυτά τα αστέρια είναι αρκετά τεράστια και οι τροχιές τους είναι επαρκώς κοντά, μπορούν τελικά να συγκρουστούν λόγω της απώλειας της γωνιακής ορμής. Η σύγκρουση έχει ως αποτέλεσμα τη συγχώνευση των πυρήνων τους, δημιουργώντας ένα ενιαίο, πιο μαζικό αντικείμενο. Εάν αυτό το αντικείμενο υπερβαίνει μια κρίσιμη μάζα, καταρρέει κάτω από τη δική του βαρύτητα, σχηματίζοντας μια μαύρη τρύπα.

Ένα άλλο σενάριο που μπορεί να οδηγήσει σε αστρικές συγκρούσεις και σχηματισμό μαύρων οπών είναι γνωστό ως η δυναμική συνάντηση. Αυτό συμβαίνει σε πυκνά αστρικά περιβάλλοντα όπως τα κέντρα των γαλαξιών, όπου τα αστέρια κινούνται χαοτικά και μπορούν να βιώσουν στενές συναντήσεις μεταξύ τους. Σε αυτά τα περιβάλλοντα, τα αστέρια μπορούν να πεταχτούν μεταξύ τους με βαρυτικές αλληλεπιδράσεις, με αποτέλεσμα συγκρούσεις υψηλής ταχύτητας που μπορούν να οδηγήσουν στο σχηματισμό μαύρων οπών.

Ο ρυθμός με τον οποίο τα αστέρια συγκρούονται και σχηματίζουν μαύρες τρύπες εξαρτάται από αυτές τις αστροφυσικές συνθήκες και το συνολικό ιστορικό σχηματισμού αστεριών του σύμπαντος. Εκτιμάται ότι περίπου 1% έως 10% όλων των μαζικών αστεριών (εκείνοι με αρχικές μάζες μεγαλύτερες από 8 ηλιακές μάζες) θα συγκρούονται τελικά και θα σχηματίσουν μαύρες τρύπες. Αυτό μπορεί να μην φαίνεται σαν ένα μεγάλο κλάσμα, αλλά δεδομένου του τεράστιου αριθμού των αστεριών στο σύμπαν, εξακολουθεί να αντιπροσωπεύει έναν σημαντικό πληθυσμό μαύρων οπών.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο σχηματισμός μαύρων οπών μέσω αστρικών συγκρούσεων είναι μια σταδιακή διαδικασία που λαμβάνει χώρα πάνω από εκατομμύρια ή ακόμα και δισεκατομμύρια χρόνια. Το σύμπαν έχει έναν "προϋπολογισμό" για τον σχηματισμό μαύρης οπής, που καθορίζεται από τη συνολική αστρική εξέλιξη και δυναμική. Ενώ το σύμπαν υπήρχε για περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, το ποσοστό σχηματισμού μαύρης οπής δεν ήταν σταθερός σε όλη την ιστορία του. Πιστεύεται ότι οι περισσότερες μαύρες τρύπες σχηματίστηκαν κατά τα πρώτα στάδια του σύμπαντος, όταν τα ποσοστά σχηματισμού των αστεριών ήταν υψηλότερα και οι αστρικές συναντήσεις πιο συχνές.

Καθώς το σύμπαν συνεχίζει να εξελίσσεται, ο αριθμός των διαθέσιμων αστεριών για συγκρούσεις μειώνεται και ο ρυθμός του σχηματισμού μαύρης οπής επιβραδύνεται. Αυτό σημαίνει ότι το σύμπαν έχει έναν πεπερασμένο προϋπολογισμό για τον σχηματισμό μαύρης οπής και τελικά η πλειοψηφία των αστεριών θα έχει εξελιχθεί πέρα ​​από το σημείο όπου μπορούν να συγκρουστούν και να σχηματίσουν μαύρες τρύπες.