Co krmilo časné černé díry umožňující jejich velmi rychlý růst? Nový objev provedený vědci na Carnegie Mellon University pomocí kombinace superpočítačových simulací a technologie GigaPan Time Machine ukazuje, že strava kosmického „rychlého občerstvení“ (tenké proudy studeného plynu) tekla nekontrolovatelně do středu prvních černých děr, což způsobovalo musí být „nadměrné“ a rostou rychleji než cokoli jiného ve vesmíru.
Když byl náš vesmír mladý, méně než miliarda let po Velkém třesku, galaxie se začaly formovat a růst. Podle dřívějších teorií měly být černé díry v té době stejně malé. Data z průzkumu Sloan Digital Sky Survey ukázaly opak - supermasivní černé díry existovaly již 700 milionů let po Velkém třesku.
„Sloan Digital Sky Survey našel supermasivní černé díry za méně než 1 miliardu let. Byly stejné velikosti jako dnešní nejobsáhlejší černé díry staré 13,6 miliard let, “řekla Tiziana Di Matteo, docentka fyziky (Carnegie Mellon University). "Byla to hádanka." Proč se některé černé díry vytvářejí tak brzy, když trvá celý věk vesmíru, aby ostatní dosáhli stejné hmotnosti? “
Supermasivní černé díry jsou největšími existujícími černými dírami - vážícími miliardami krát hmotností než Slunce. Většina „normálních“ černých děr je jen asi 30krát hmotnější než Slunce. V současné době přijímaný mechanismus pro vytváření supermasivních černých děr je prostřednictvím galaktických fúzí. Jedním problémem s touto teorií a tím, jak se vztahuje na časné superhmotné černé díry, je to, že v ranném vesmíru nebylo mnoho galaxií a byly od sebe příliš vzdálené, aby se sloučily.
Rupert Croft, docent fyziky (Carnegie Mellon University), poznamenal: „Pokud píšete rovnice, jak se formují galaxie a černé díry, nezdá se možné, že by tyto obrovské masy mohly vzniknout tak brzy, ale podíváme se na oblohu a tam jsou. “
Ve snaze pochopit procesy, které vytvářely časné supermasivní černé díry, vytvořily Di Matteo, Croft a Khandai MassiveBlack - dosud největší kosmologickou simulaci. Účelem MassiveBlack je přesně simulovat prvních miliard let našeho vesmíru. Di Matteo, popisující MassiveBlack, poznamenal: „Tato simulace je opravdu obrovská. Je to největší z hlediska úrovně fyziky a skutečného objemu. Udělali jsme to proto, že jsme se zajímali o vzácné věci ve vesmíru, jako první černé díry. Protože jsou tak vzácné, musíte prohledávat velké množství prostoru. “
Croft a tým zahájili simulace pomocí známých kosmologických modelů založených na teoriích a zákonech moderní fyziky. "Nedali jsme nic bláznivého. Neexistuje žádná magická fyzika, žádné další věci." Je to stejná fyzika, která vytváří galaxie v simulacích pozdějšího vesmíru, “řekl Croft. "Ale magicky se objevují tyto časné kvasary, jak bylo pozorováno." Nevěděli jsme, že se objeví. Bylo úžasné změřit jejich hmotnosti a jít ‘Páni! Jedná se o přesnou správnou velikost a zobrazí se přesně ve správný čas. “Je to příběh o úspěchu moderní teorie kosmologie.“
Data z MassiveBlack byla přidána do projektu GigaPan Time Machine. Kombinací dat MassiveBlack s projektem GigaPan Time Machine mohli vědci zobrazit simulaci, jako by to byl film - snadno se posouvat napříč simulovaným vesmírem, jak se formoval. Když si tým všiml událostí, které se zdály zajímavé, byly také schopny přiblížit se, aby si mohly prohlédnout události podrobněji, než co viděly v našem vlastním vesmíru s pozemními nebo kosmickými dalekohledy.
Když se tým přiblížil k vytvoření prvních superhmotných černých děr, uviděl něco nečekaného. Normální pozorování ukazují, že když studený plyn proudí směrem k černé díře, je zahřátý z kolizí s jinými molekulami plynu v okolí, poté se před vstupem do černé díry ochladí. Tento proces, známý jako „šokové zahřívání“, měl zastavit časné černé díry v dosažení pozorovaných hmot. Místo toho tým pozoroval tenké proudy studeného hustého plynu protékajícího „vlákny“, pozorované ve velkých průzkumech, které odhalují strukturu našeho vesmíru. Vlákna umožňovaly plynu proudit přímo do středu černých děr neuvěřitelnou rychlostí a poskytovaly jim studené a rychlé jídlo. Stálá, ale nekontrolovaná spotřeba poskytla mechanismus pro černé díry, které rostly mnohem rychleji než jejich hostitelské galaxie.
Výsledky budou zveřejněny v Astrophysical Journal Letters.
Pokud si chcete přečíst více, podívejte se na níže uvedené dokumenty (prostřednictvím Physics arXiv):
Terapixelové zobrazování kosmologických simulací
Formace galaxií hostujících z ~ 6 kvasarů
Časné černé díry v kosmologických simulacích
Studené toky a první kvasary
Další informace o Gigapan a MassiveBlack naleznete na: http://gigapan.org/gigapans/76215/ a http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Zdroj: Carnegie Mellon University Press Press
