Per rispondere alla domanda su quanti buchi neri ci sono nell’universo, gli astronomi devono rivolgersi a calcoli teorici per fare stime. In un recente studio, i ricercatori hanno determinato che ci sono potenzialmente milioni di piccoli buchi neri ancora da rilevare nel nostro vicinato cosmico. Ciò significa che circa l'1% di tutta la materia nell'universo è legata all'interno dei buchi neri.
Per creare un buco nero, è necessario creare stelle, perché i buchi neri provengono dalla morte delle stelle. Il primo passo è modellare l'evoluzione delle galassie nel corso dei miliardi di anni di storia cosmica. Le galassie sono le case delle stelle, dopo tutto, e la loro evoluzione complessiva influenza il numero di stelle che appaiono al loro interno.
Gli astronomi hanno preso osservazioni note delle statistiche delle galassie attraverso il tempo cosmico, notando la tendenza generale dei tassi di fusione galattica e dei dati demografici. Un altro fattore chiave è la cosiddetta "metallicità" di una galassia, che è una misura della quantità di elementi diversi dall'idrogeno e dall'elio all'interno di una galassia (gli astronomi chiamano questi "metalli"). Le galassie più grandi avranno più gas, il che consente loro di formare più stelle. Ma più metalli possono migliorare il raffreddamento del gas, che a sua volta aiuta le galassie a sfornare in modo efficiente nuove stelle.
Con questi elementi costitutivi, gli astronomi avevano un modello della popolazione stellare all'interno delle galassie, dicendo loro quante piccole stelle, stelle medie e grandi stelle appaiono nell'universo. E poi avevano bisogno di tracciare l'evoluzione – e, soprattutto, le morti – di quelle stelle. Per fare ciò, si sono rivolti alle simulazioni, che collegano le proprietà di una particolare stella (la sua massa e metallicità) alla sua vita e all'eventuale scomparsa. Solo una frazione delle stelle più grandi produce buchi neri, e quelle simulazioni dicono agli astronomi quale percentuale di stelle di una galassia si sta illumina ogni anno.
Successivamente, gli astronomi hanno dovuto seguire l'evoluzione dei sistemi binari,poiché i buchi neri possono nutrirsi di stelle sorelle, diventando ingorgati dal loro gas nel processo. Così un buco nero formato in un sistema binario finirà per essere più grande di un buco nero nato da solo.
Man mano che i buchi neri invecchiano, continuano a nutrirsi di qualsiasi gas circostante, che gli astronomi hanno anche stimato. Infine, occasionalmente i buchi neri si trovano l'un l'altro nell'oscurità dello spazio interstellare e si fondono insieme. Quindi, per produrre un'indagine accurata, gli astronomi hanno dovuto stimare il tasso di fusioni di buchi neri all'interno di ciascuna galassia.
Mettendo insieme tutti i pezzi, gli astronomi sono stati in grado di tracciare la popolazione di buchi neri nel corso di miliardi di anni. Hanno prodotto quella che viene chiamata una "funzione di massa", che è una sorta di censimento astronomico, riportando quanti di ogni dimensione di buco nero esistono in qualsiasi momento. Non sorprende che i buchi neri più grandi, chiamati buchi neri supermassicci,siano molto più rari dei loro cugini più piccoli. I ricercatori hanno scoperto che in ogni megaparsec cubico dello spazio (dove un megaparsec è un milione di parsec, o 3,26 milioni di anni luce), il nostro universo ospita circa 50 milioni di masse solari di buchi neri. Se ogni buco nero è un paio di volte la massa del Sole, ciò si traduce in circa 10 milioni di singoli buchi neri nello stesso volume. Per metterlo in prospettiva, la quantità totale di massa contenuta nei buchi neri è circa il 10% della massa contenuta nelle stelle. Quindi, per tutte le stelle che vedi nel cielo notturno, ci sono molti buchi neri in agguato.