Statistiquement, quelle serait la distance moyenne du trou noir le plus proche?

Le trou noir confirmé le plus proche est à plusieurs milliers d'années-lumière de la Terre. Notre galaxie compte environ 100 milliards d'étoiles. Je n'ai trouvé aucune information fiable sur le nombre de trous noirs par rapport aux étoiles pour notre galaxie. Certaines sources disent environ un sur mille.

Je voudrais estimer à quel point un trou noir serait proche étant donné les données dont nous disposons. Si je faisais le calcul moi-même, j'utiliserais le volume de la galaxie et le nombre d'étoiles qu'elle contient. Cela donnerait le nombre moyen d'étoiles par volume, et hors de cela, le nombre moyen de trous noirs par volume. La distribution des étoiles devrait également être prise en compte, car notre partie de la galaxie n'est pas aussi densément peuplée. A partir de cela, la distance statistiquement approximative du trou noir le plus proche a pu être obtenue.

Quelqu'un est-il équipé de suffisamment d'informations pour me donner un devis?

Fondamentalement, ce qui est nécessaire est le rapport des trous noirs aux étoiles pour notre galaxie, puis la liste des x étoiles les plus proches et leurs distances, où x est le rapport.

( Je pose cette question parce que les trous noirs sont un objet d'intérêt et devront être visités à l'avenir. Étant donné que nos capacités spatiales pourraient être limitées à une distance de quelques dizaines d'années-lumière dans un avenir proche, ce nombre est intéressant. )

Supposons que étoiles soient nées dans la galaxie de la Voie lactée et leur aient donné des masses comprises entre 0,1 et 100 . Supposons ensuite que les étoiles sont nées avec une distribution de masse qui se rapproche de la fonction de masse de Salpeter - . Supposons ensuite que toutes les étoiles de masse terminent leur vie en trous noirs.M ⊙ n ( m ) ∝ m - 2,3 m > 25 M $N$$M_{\odot}$$n(m) \propto m^{-2.3}$$m>25M_{\odot}$

Donc, si , alors et donc . N = ∫ 100 0,1 A m - 2,3 d m A = 0,065 $n(m) = Am^{-2.3}$

Le nombre de trous noirs créés sera soit 0,06% des étoiles de la Galaxie deviennent trous noirs. NB: La durée de vie finie de la galaxie n'a pas d'importance ici car elle est beaucoup plus longue que la durée de vie des progéniteurs du trou noir.

Maintenant, je suis les autres réponses en mettant à l'échelle le nombre d'étoiles dans le voisinage solaire, qui est d'environ 1000 dans une sphère de 15 pc de rayon pc . Je suppose que la durée de vie stellaire étant à l'échelle de et que la durée de vie du Soleil est à peu près l'âge de la Galaxie, que presque toutes les étoiles jamais nées sont encore en vie. Ainsi, la densité des trous noirs est de pc et il y a donc un trou noir à 18 pc.- 3 M $\simeq 0.07$$^{-3}$$M^{-2.5}$$\simeq 4.5 \times 10^{-5}$$^{-3}$

OK, alors pourquoi ce nombre pourrait-il être faux? Bien que le nombre soit très insensible à la limite de masse supérieure supposée des étoiles, il est très sensible à la limite de masse inférieure supposée. Cela pourrait être supérieur ou inférieur selon les détails très incertains de l'évolution stellaire tardive et de la perte de masse des étoiles massives. Cela pourrait faire monter ou descendre notre réponse.

Une partie de ces trous noirs fusionnera avec d'autres trous noirs ou s'échappera de la galaxie en raison des "coups de pied" d'une explosion de supernova ou d'interactions avec d'autres étoiles dans leurs environnements de naissance denses et groupés (bien que tous les trous noirs ne nécessitent pas une explosion de supernova pour leur création). Nous ne savons pas quelle est cette fraction, mais cela augmente notre réponse d'un facteur .( 1 - f ) - 1 /$f$$(1-f)^{-1/3}$

Même s'ils ne s'échappent pas, il est très probable que les trous noirs auront une dispersion de vitesse beaucoup plus élevée et donc une dispersion spatiale au-dessus et en dessous du plan galactique par rapport aux étoiles "normales". Cela est particulièrement vrai étant donné que la plupart des trous noirs seront très anciens, car la plupart des formations d'étoiles (y compris la formation d'étoiles massives) se sont produites au début de la vie de la Galaxie, et les progéniteurs des trous noirs meurent très rapidement. Les vieilles étoiles (et les trous noirs) ont leur cinématique «chauffée» de sorte que leur vitesse et leurs dispersions spatiales augmentent.

Je conclus que les trous noirs seront donc sous-représentés dans le voisinage solaire par rapport aux calculs bruts ci-dessus et vous devriez donc traiter le 18pc comme une limite inférieure à la valeur attendue , bien qu'il soit bien sûr possible (mais peu probable) qu'un plus proche pourrait exister.

Ce n'est qu'une estimation approximative. Mais le nombre de supernovae dans la Voie lactée est d'environ 2-5 / 100 ans ( ici et ici ). Il y a environ étoiles dans la Voie lactée. À condition que le taux de supernovae n'a pas beaucoup changé à travers l'histoire ( ce qui est un grand si cela ne probablement pas de travail), le nombre total de supernovae serait - . Je ne sais pas combien de supernovae se traduira par un trou noir, mais si nous estimons 10% - 30%, ce n'est peut-être pas si mal. Cela conduirait à - trous noirs stellaires dans la Voie lactée. En d'autres termes, une étoile de 2000 à 15000 devrait être un trou noir. 2 5 × 10 8 2 × 10 7 1,5 × 10 $3 \times 10^{11}$$2$$5\times 10^8$$2\times 10^7$$1.5\times 10^8$

S'il y a 1000 étoiles dans 50,9 ly autour du Soleil, avec cette densité, il y aurait un trou noir stellaire pour 100 - 200 ly.

J'ai trouvé une base de données des étoiles les plus proches dans les 25 parsecs. La base de données contient 2608 étoiles, étant donné l'estimation peu précise d'un trou noir pour 1000 étoiles, cela ferait 2,6 trous noirs en 81,5 ly (1 parsec = 3,26 années-lumière).

En ne prenant que les 1000 étoiles les plus proches de la base de données, la distance maximale est de 50,9 ly, il y a donc en moyenne un trou noir à l'intérieur de cette distance. La distance moyenne des 1000 étoiles est de 35,8 ly, et c'est la distance moyenne à ce trou noir probable.

Un rapport plus précis rendrait cela beaucoup plus intéressant. Imaginez une ration de 1 à 100. La distance moyenne ne devient alors que 14,3 ly.