Jak vznikly první superhmotné černé díry ve vesmíru? Nový model vývoje galaxií a černých děr ukazuje srážky, že srážející se galaxie pravděpodobně způsobily černé díry, které se vytvořily asi před 13 miliardami let. Tento objev zaplňuje chybějící kapitolu rané historie našeho vesmíru a mohl by pomoci napsat další kapitolu - v níž vědci lépe pochopí, jak gravitace a temná hmota formovaly vesmír, jak jej známe.
Po nedávném objevu, že galaxie se formovaly mnohem dříve v historii vesmíru, než se původně myslelo, Stelios Kazantzidis ze Státní univerzity v Ohiu a jeho tým vytvořili nové počítačové simulace, které ukazují, že první superhmotné černé díry se pravděpodobně narodily, když se tyto počáteční galaxie střetly a spojili se dohromady. To se pravděpodobně stalo během prvních několika miliard let po Velkém třesku.
"Naše výsledky přidávají nový milník k důležité realizaci struktury struktur ve vesmíru," řekl Kazantzidis.
Dříve se astronomové domnívali, že galaxie se vyvíjely hierarchicky, kde gravitace nejdříve nejdříve nakládala malé kousky hmoty a tyto malé kousky se postupně spojovaly, aby vytvořily větší struktury.
Nové modely však tuto představu obracejí na hlavu.
"Spolu s těmito dalšími objevy náš výsledek ukazuje, že velké struktury - galaxie i masivní černé díry - se rychle vytvářejí v historii vesmíru," řekl. "Je úžasné, že je to v rozporu s tvorbou hierarchické struktury." Paradox je vyřešen, jakmile si člověk uvědomí, že temná hmota roste hierarchicky, ale obyčejná hmota ne. Normální hmota, která tvoří viditelné galaxie a superhmotné černé díry, se zhroutí efektivněji, a to platilo i tehdy, když byl vesmír velmi mladý, což vedlo k antihierarchické tvorbě galaxií a černých děr. ““
To znamená, že velké galaxie a superhmotné černé díry se rychle spojí a menší kousky jako naše vlastní galaxie Mléčná dráha - a poměrně malá černá díra ve středu - se tvoří pomaleji. Galaxie, které tvořily ty první superhmotné černé díry, jsou stále kolem, řekl Kazantzidis.
Nové simulace provedené na superpočítačích dokázaly vyřešit vlastnosti, které byly 100krát menší, a odhalily podrobnosti v srdci sloučených galaxií v měřítku kratším než světelný rok.
Z tohoto důvodu mohli astronomové vidět dvě věci: Zaprvé, plyn a prach ve středu galaxií kondenzovaly a vytvořily těsný jaderný disk. Poté se disk stal nestabilním a plyn a prach se znovu stáhly, aby vytvořily ještě hustší mrak, který nakonec vytvořil superhmotnou černou díru.
Důsledky pro kosmologii jsou dalekosáhlé, řekl Kazantzidis.
„Například standardní myšlenka - že vlastnosti galaxie a hmotnost její centrální černé díry souvisejí, protože obě rostou paralelně - bude muset být revidována. V našem modelu roste černá díra mnohem rychleji než galaxie. Mohlo by se tak stát, že černá díra není vůbec regulována růstem galaxie. Mohlo by to být tak, že galaxie je regulována růstem černé díry. “
Tento nový model by mohl také pomoci astronomům, kteří hledají nebe, pro přímý důkaz Einsteinovy teorie obecné relativity: gravitačních vln.
Podle obecné relativity by jakékoli fúze starověkých galaxií vytvořily masivní gravitační vlny - vlnky v kontinuu časoprostoru - jejichž zbytky by měly být dodnes viditelné.
Nové detektory gravitačních vln, jako je laserová interferometrická kosmická anténa NASA, byly navrženy tak, aby tyto vlny detekovaly přímo, a otevřely nové okno do astrofyzikálních a fyzikálních jevů, které nelze studovat jiným způsobem.
Vědci budou muset vědět, jak superhmotné černé díry vytvořené v raném vesmíru a jak jsou dnes distribuovány v prostoru, aby interpretovaly výsledky těchto experimentů. Nové počítačové simulace by měly poskytnout vodítko.
Viz tento odkaz pro videa modelů srážky galaxií.
Zdroj: Ohio State University
