Какво подхранва ранните черни дупки, което им позволява много бърз растеж? Ново откритие, направено от изследователи от университета в Карнеги Мелън, използващи комбинация от суперкомпютърни симулации и технологията на GigaPan Time Machine, показва, че диета на космическата „бърза храна“ (тънки потоци от студен газ) тече неконтролируемо в центъра на първите черни дупки, причинявайки те да бъдат „свръхразмерни“ и да растат по-бързо от всичко останало във Вселената.
Когато нашата Вселена беше млада, по-малко от милиард години след Големия взрив, галактиките тепърва започват да се формират и разрастват. Според предишните теории, черните дупки по това време е трябвало да са еднакво малки. Данните от проучването на Sloan Digital Sky са доказали обратното - свръхмасивни черни дупки са съществували още на 700 милиона години след Големия взрив.
„Проучването на Sloan Digital Sky откри супермасивни черни дупки на по-малко от 1 милиард години. Те бяха със същите размери като най-масивните черни дупки днес, които са на възраст 13,6 милиарда години “, казва Тизиана Ди Матео, доцент по физика (Университета Карнеги Мелън). „Това беше пъзел. Защо някои черни дупки се образуват толкова рано, когато е необходимо цяла епоха на Вселената, за да достигнат други до една и съща маса? “
Свръхмасивните черни дупки са най-големите съществуващи черни дупки - тежат с маси милиарди пъти по-големи от тези на Слънцето. Повечето "нормални" черни дупки са само около 30 пъти по-масивни от Слънцето. В момента приетият механизъм за образуване на свръхмасивни черни дупки е чрез галактически сливания. Един проблем на тази теория и как тя се прилага за ранните свръхмасивни черни дупки е, че в ранната Вселена нямаше много галактики и те бяха твърде отдалечени една от друга, за да се слеят.
Рупърт Крофт, доцент по физика (Университета Карнеги Мелън) отбеляза: „Ако напишете уравненията за това как се образуват галактики и черни дупки, не изглежда възможно тези огромни маси да се образуват толкова рано, но ние гледаме към небето и Ето ги и тях."
В опит да разберат процесите, формиращи ранните свръхмасивни черни дупки, Di Matteo, Croft и Khandai създават MassiveBlack - най-голямата космологична симулация до момента. Целта на MassiveBlack е да симулира точно първите милиарди години от нашата Вселена. Описвайки MassiveBlack, Ди Матео отбеляза: „Тази симулация е наистина гигантска. Тя е най-голямата по отношение на нивото на физика и действителния обем. Направихме това, защото ни беше интересно да разгледаме редки неща във Вселената, като първите черни дупки. Тъй като те са толкова редки, трябва да търсите в голям обем пространство ”.
Крофт и екипът започнаха симулациите, използвайки известни модели на космологията, базирани на теории и закони на съвременната физика. „Не сме поставили нищо лудо. Няма магическа физика, няма допълнителни неща. Това е същата физика, която образува галактики в симулации на по-късната вселена “, казва Крофт. „Но магически се появяват тези ранни квазари, както беше наблюдавано. Не знаехме, че ще се появят. Беше невероятно да измерим масите си и да отида „Уау! Това са точните правилни размери и се показват точно в точния момент. "Това е история на успеха на съвременната теория на космологията."
Данните от MassiveBlack бяха добавени към проекта GigaPan Time Machine. Чрез комбиниране на данните MassiveBlack с проекта на GigaPan Time Machine, изследователите успяха да видят симулацията, сякаш това е филм - лесно преминавайки през симулираната вселена, докато се образува. Когато екипът забеляза събития, които изглеждаха интересни, те също бяха в състояние да увеличат мащаба, за да разгледат събитията по-подробно от това, което можеха да видят в нашата собствена Вселена с наземни или космически телескопи.
Когато екипът се приближи до създаването на първите супермасивни черни дупки, те видяха нещо неочаквано. Нормалните наблюдения показват, че когато студен газ тече към черна дупка, той се нагрява от сблъсъци с други близки газови молекули, след това се охлажда, преди да влезе в черната дупка. Известен като „шоково загряване“, процесът трябваше да спре ранните черни дупки да достигнат до наблюдаваните маси. Вместо това екипът наблюдава тънки потоци от студен плътен газ, течащ по протежение на „нишки“, наблюдаван в мащабни проучвания, които разкриват структурата на нашата Вселена. Нишките позволиха на газта да потече директно в центъра на черните дупки с невероятна скорост, осигурявайки им студена, бърза храна. Непрекъснатото, но неконтролирано потребление осигурява механизъм на черните дупки да растат с много по-бързи темпове от техните домакини.
Резултатите ще бъдат публикувани в Astrophysical Journal Letters.
Ако искате да прочетете повече, разгледайте документите по-долу (чрез Physics arXiv):
Терапикселно изображение на космологични симулации
Образуването на галактики, хостващи z ~ 6 квазари
Ранни черни дупки в космологични симулации
Студените потоци и първите квазари
Научете повече за Gigapan и MassiveBlack на: http://gigapan.org/gigapans/76215/ и http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Източник: Прессъобщение на университета Карнеги Мелън
