Kaj je nahranilo zgodnje črne luknje, kar je omogočilo njihovo zelo hitro rast? Novo odkritje, ki so ga naredili raziskovalci z univerze Carnegie Mellon s kombinacijo superračunalniških simulacij in tehnologije GigaPan Time Machine, kaže, da je prehrana kozmične "hitre hrane" (tanki tokovi hladnega plina) nenadzorovano tekla v središče prvih črnih lukenj, kar je povzročilo jih je treba "preseči" in rasti hitreje kot karkoli drugega v Vesolju.
Ko je bilo naše Vesolje mlado, manj kot milijardo let po velikem udaru, so se galaksije šele začele oblikovati in rasti. Po predhodnih teorijah bi morale biti črne luknje takrat enako majhne. Podatki iz Sloan Digital Sky Survey so pokazali nasprotno - supermasivne črne luknje so obstajale že 700 milijonov let po velikem udaru.
„Sloan Digital Sky Survey je v manj kot 1 milijardi letih našel supermasivne črne luknje. Bili so enake velikosti kot danes najbolj množične črne luknje, stare 13,6 milijard let, "je povedala Tiziana Di Matteo, izredna profesorica fizike (Univerza Carnegie Mellon). "Bila je uganka. Zakaj se nekatere črne luknje oblikujejo tako zgodaj, ko je potrebno celotno vesolje, da drugi dosežejo enako maso? "
Supermasivne črne luknje so največje obstojne črne luknje, ki tehtajo z maso, milijardo krat večjo od Sonca. Večina "običajnih" črnih lukenj je le približno 30-krat bolj masivna kot Sonce. Trenutno sprejeti mehanizem za nastanek supermasivne črne luknje je skozi galaktične združitve. Ena težava te teorije in kako se uporablja za zgodnje supermasivne črne luknje je, da v zgodnjem vesolju ni bilo veliko galaksij in so bile preveč oddaljene ena od druge, da bi se lahko združile.
Rupert Croft, izredni profesor za fiziko (univerza Carnegie Mellon) je pripomnil: "Če napišete enačbe za to, kako se tvorijo galaksije in črne luknje, se ne zdi mogoče, da bi te ogromne mase lahko nastale tako zgodaj, toda pogledamo v nebo in tam so. "
V prizadevanju za razumevanje procesov, ki so tvorili zgodnje supermasivne črne luknje, so Di Matteo, Croft in Khandai ustvarili MassiveBlack - največjo kozmološko simulacijo do zdaj. Namen MassiveBlacka je natančno simulirati prvih milijard let našega vesolja. Di Matteo je v opisu MassiveBlacka pripomnil: "Ta simulacija je resnično velikanska. Je največji glede na fizikalno raven in dejansko količino. To smo storili, ker nas je zanimalo videti redke stvari v vesolju, kot prve črne luknje. Ker so tako redke, morate iskati veliko prostora. "
Croft in ekipa sta simulacije začela z uporabo znanih modelov kozmologije, ki temeljijo na teorijah in zakonih sodobne fizike. "Nismo si dali nič norega. Ni čarobne fizike in dodatnih stvari. To je ista fizika, ki tvori galaksije v simulacijah poznejšega vesolja, "je dejal Croft. "Toda čarobno se pojavijo ti zgodnji kvazarji, kot so opazili. Nismo vedeli, da se bodo pojavili. Bilo je neverjetno izmeriti njihove mase in iti 'Vau! Točne so prave velikosti in se prikažejo točno ob pravem času. "To je zgodba o uspehu sodobne teorije kozmologije."
Podatki iz MassiveBlack so bili dodani projektu GigaPan Time Machine. Z združevanjem podatkov MassiveBlack s projektom GigaPan Time Machine so raziskovalci simulacijo lahko videli, kot da gre za film - ki se zlahka pomika po simuliranem vesolju, ko se je oblikoval. Ko je ekipa opazila dogodke, ki so se nam zdeli zanimivi, so jih lahko povečali in si podrobneje ogledali dogajanje, kot so ga lahko videli v našem vesolju s zemeljskimi ali vesoljskimi teleskopi.
Ko je ekipa povečala nastanek prvih supermasivnih črnih lukenj, so videli nekaj nepričakovanega. Običajna opažanja kažejo, da se hladni plin, ko teče proti črni luknji, segreje pred trki z drugimi bližnjimi molekuli plina, nato pa se ohladi, preden vstopi v črno luknjo. Poznan kot "šok ogrevanje", bi moral postopek preprečiti, da bi črne luknje preprečile opažene mase. Namesto tega je ekipa opazovala tanke tokove hladnega gostega plina, ki teče vzdolž "nitk", ki so jih videli v obsežnih raziskavah, ki razkrivajo strukturo našega vesolja. Filamenti so omogočili, da je plin z neverjetno hitrostjo pritekal neposredno v središče črnih lukenj in jim zagotavljal hladno, hitro hrano. Stalna, a nenadzorovana poraba je zagotovila mehanizem, da so črne luknje rasle precej hitreje kot njihove gostiteljske galaksije.
Ugotovitve bodo objavljene v pismih Astrophysical Journal Letters.
Če želite prebrati več, si oglejte spodaj prispevke (prek Physics arXiv):
Terapikselsko slikanje kozmoloških simulacij
Nastanek galaksij, ki gostijo ~ 6 kvazarjev
Zgodnje črne luknje v kozmoloških simulacijah
Hladni tokovi in prvi kvazarji
Več o Gigapanu in MassiveBlack na: http://gigapan.org/gigapans/76215/ in http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Vir: Sporočilo univerze Carnegie Mellon
