Използвайки нов компютърен модел за формиране на галактики, изследователите показаха, че нарастващите черни дупки освобождават взрив от енергия, който основно регулира еволюцията на галактиката и самия растеж на черната дупка. Моделът обяснява за първи път наблюдавани явления и обещава да даде по-задълбочен поглед върху нашето разбиране за формирането на галактики и ролята на черните дупки в цялата космическа история, според нейните създатели. Публикувани в броя на Nature от 10 февруари на Nature, резултатите са генерирани от астрофизикът от университета Карнеги Мелън Тизиана Ди Матео и нейните колеги, докато са в Института „Макс Планк“ Astrophysik в Германия. Сътрудниците на Di Matteo са Волкер Спрингел от Института за астрофизика Макс-Планк и Ларс Ернкист от Харвардския университет.
"През последните години учените започнаха да разбират, че общата маса на звездите в днешните галактики съответства директно на размера на черната дупка на галактика, но досега никой не можеше да отчете тази наблюдавана връзка", каза Ди Матео, доцент по физика в Карнеги Мелън. „Използването на нашите симулации ни даде напълно нов начин да проучим този проблем.“
Ключът към изследователите? пробивът включваше изчисления за динамиката на черната дупка в изчислителен модел на формиране на галактики.
Тъй като галактиките се образували в ранната Вселена, те вероятно съдържали малки черни дупки в техните центрове. В стандартния сценарий за образуване на галактики, галактиките растат, като се съберат една с друга чрез тегленето на гравитацията. В процеса на това черните дупки в центъра им се сливат и бързо нарастват, за да достигнат наблюдаваните си маси в милиард пъти по-големи от тези на Слънцето; следователно, те се наричат свръхмасивни черни дупки. Също по време на сливането по-голямата част от звездите се образуват от наличния газ. Днешните галактики и техните централни черни дупки трябва да са резултат от поредица от такива събития.
Ди Матео и нейните колеги симулират сблъсъка на две зараждащи се галактики и откриват, че когато двете галактики се съберат, двете им свръхмасивни черни дупки се сливат и първоначално консумират околния газ. Но тази дейност беше самоограничаваща се. Докато свръхмасивната черна дупка на остатъчната галактика засмукваше газ, тя захранваше луминисцентно състояние, наречено квазар. Квазарът енергизира околния газ до такова ниво, че се издуха от околностите на свръхмасивната черна дупка от външната страна на галактиката. Без газ наблизо, свръхмасивната черна дупка на галактиката не би могла да се „изяде“, за да се издържа и стана латентна. В същото време газът вече не беше достъпен, за да образува повече звезди.
„Открихме, че енергията, отделяна от черните дупки по време на квазарна фаза, засилва силен вятър, който не позволява на материала да попадне в черната дупка“, казва Спрингел. „Този процес инхибира по-нататъшния растеж на черната дупка и изключва квазара, точно както образуването на звезди спира в една галактика. В резултат масата на черната дупка и масата на звездите в галактика са тясно свързани. Нашите резултати също обясняват за първи път защо животът на квазара е толкова кратка фаза в сравнение с живота на галактика. “
В своите симулации Ди Матео, Спрингел и Хернкист откриха, че черните дупки в малките галактики самоограничават растежа си по-ефективно, отколкото в тези в по-големи галактики. По-малка галактика съдържа по-малки количества газ, така че малко количество енергия от черната дупка може бързо да издуха този газ. В голяма галактика черната дупка може да достигне по-големи размери, преди заобикалящият й газ да бъде захранван достатъчно, за да спре да пада. С техния газ, изразходван бързо, по-малките галактики правят по-малко звезди. С по-дълъг живот на газ, по-големите галактики правят повече звезди. Тези открития съответстват на наблюдаваната връзка между размера на черната дупка и общата маса на звездите в галактиките.
„Нашите симулации показват, че саморегулирането може количествено да отчете наблюдаваните факти, свързани с черни дупки и галактики“, каза Хернквист, професор и катедра по астрономия в Харвардския факултет за изкуства и науки. „Той дава обяснение за произхода на живота на квазара и би трябвало да ни позволи да разберем защо квазарите са били по-изобилни в ранната Вселена, отколкото днес.“
"С тези изчисления сега виждаме, че черните дупки трябва да имат огромно влияние върху начина, по който галактиките се формират и развиват", каза Ди Матео. „Успехите, получени досега, ще ни позволят да приложим тези модели в по-големи симулирани вселени, така че да можем да разберем как големи популации от черни дупки и галактики се влияят взаимно в космологичен контекст.“
Екипът провежда своите симулации с обширните изчислителни ресурси на Центъра за паралелни астрофизични изчисления в Харвард-Смитсонов център за астрофизика и в Rechenzentrum der Max-Planck-Gesellschaft в Garching.
Оригинален източник: Институт Max Planck News Release
