Mi táplálta a korai fekete lyukakat, lehetővé téve azok nagyon gyors növekedését? A Carnegie Mellon Egyetem kutatói által a szuperszámítógép-szimulációk és a GigaPan Time Machine technológia kombinációjával készített új felfedezés azt mutatja, hogy a kozmikus „gyorsétterem” (vékony hideg gázáram) étrend ellenőrizetlenül áramlott az első fekete lyukak középpontjában, ami őket, hogy „felülméreteződtek” és gyorsabban növekedjenek, mint bármi más az univerzumban.
Amikor az univerzumunk fiatal volt, kevesebb, mint egy milliárd évvel a Nagyrobbanás után, a galaxisok csak kezdtek kialakulni és növekedni. A korábbi elméletek szerint az akkori fekete lyukaknak ugyanolyan kicsinek kellett volna lenniük. A Sloan Digital Sky felmérés adatai ellentétes bizonyítékokat mutattak be - szupermasszív fekete lyukak léteztek már 700 millió évvel a nagy robbanás után.
„A Sloan Digital Sky felmérése kevesebb, mint 1 milliárd év alatt szupermasszív fekete lyukakat talált. Olyan nagyok voltak, mint a mai legtömegebb fekete lyukak, amelyek 13,6 milliárd évesek ”- mondta Tiziana Di Matteo, a fizika egyetemi docens (Carnegie Mellon Egyetem). - Rejtvény volt. Miért alakulnak ki olyan fekete lyukak olyan korán, amikor a Világegyetem teljes életkorához szükséges, hogy mások ugyanazt a tömeget elérjék? "
A szupermasszív fekete lyukak a létező legnagyobb fekete lyukak - milliárdszor tömegesek be a Napéhoz. A legtöbb „normál” fekete lyuk csak körülbelül harmincszor tömegebb, mint a Nap. A szupermasszív fekete lyukak kialakulásának jelenleg elfogadott mechanizmusa galaktikus összeolvadásokon keresztül zajlik. Ennek az elméletnek és a korai szupermasszív fekete lyukaknak az egyik problémája az, hogy a korai univerzumban nem volt sok galaxis, és túl távol voltak egymástól, hogy összeolvadjanak.
Rupert Croft, a fizika egyetemi docens (Carnegie Mellon Egyetem) megjegyezte: „Ha megírjuk az egyenleteket a galaxisok és a fekete lyukak kialakulásának szempontjából, akkor nem tűnik lehetségesnek, hogy ezek a hatalmas tömegek ilyen korán kialakulhatnak, de az ég felé nézünk és ott vannak."
A korai szupermasszív fekete lyukakat alkotó folyamatok megértése érdekében Di Matteo, Croft és Khandai elkészítették a MassiveBlackot - a mai napig a legnagyobb kozmológiai szimulációt. A MassiveBlack célja az univerzum első milliárd évének pontos szimulálása. A MassiveBlackot leírva Di Matteo megjegyezte: „Ez a szimuláció valóban óriási. Ez a legnagyobb a fizika szintje és a tényleges térfogat szempontjából. Azért tettük, mert érdekelt voltunk az univerzum ritka dolgain, például az első fekete lyukakon. Mivel ilyen ritkák, nagy mennyiségű helyet kell keresni ”.
A Croft és a csapat elindította a szimulációt a kozmológia ismert modelljeivel, a mai fizika elméletei és törvényei alapján. "Nem tettünk semmit őrültbe. Nincs mágikus fizika, nincs extra cucc. Ugyanaz a fizika, amely galaxisokat alkot a későbbi világegyetem szimulációjában ”- mondta Croft. "De varázslatosan ezek a korai kvazárok, ahogy azt már megfigyelték, megjelennek. Nem tudtuk, hogy meg fognak jelenni. Csodálatos volt megmérni tömegüket és elmenni a „Wow! Ezek pontosan a megfelelő méretűek, és pontosan a megfelelő időben jelennek meg. "Ez egy sikertörténet a kozmológia modern elmélete számára."
A MassiveBlack adatait hozzáadtuk a GigaPan Time Machine projekthez. A MassiveBlack adatok és a GigaPan Time Machine projekt kombinálásával a kutatók képesek voltak a szimulációra úgy tekinteni, mintha film lenne - könnyedén átpásztázva a szimulált univerzumba a formáció során. Amikor a csapat észrevette az érdekesnek tűnő eseményeket, akkor is képesek voltak nagyítani, hogy részletesebben megtekintsék az eseményeket, mint amit a saját világegyetemünkben láthatnánk a földi vagy az űrbeli távcsövekkel.
Amikor a csapat közelebb állt az első szupermasszív fekete lyukak létrehozásához, láttak valami váratlan dolgot. A szokásos megfigyelések azt mutatják, hogy amikor a hideg gáz egy fekete lyuk felé áramlik, akkor azt felmelegítik más közeli gázmolekulákkal való ütközés során, majd lehűlnek, mielőtt belépnének a fekete lyukba. A „sokk-melegítés” néven a folyamatnak meg kellett akadályoznia, hogy a korai fekete lyukak elérjék a megfigyelt tömegeket. Ehelyett a csapat megfigyelt egy vékony hideg sűrű gázáramot, amely az izzószálak mentén áramlik, és amelyeket nagyszabású felmérések során láttak, amelyek felfedik világegyetemünk felépítését. A szálak lehetővé tették, hogy a gáz hihetetlen sebességgel áramoljon közvetlenül a fekete lyukak középpontjába, biztosítva számukra hideg és gyors ételeket. Az állandó, de ellenőrizetlen fogyasztás lehetővé tette a fekete lyukak számára, hogy sokkal gyorsabban növekedjenek, mint a gazda galaxisuk.
Az eredményeket az Astrophysical Journal Letters-ben teszik közzé.
Ha többet szeretne olvasni, nézd meg az alábbi papírokat (a Physics arXiv segítségével):
Kozmológiai szimulációk terapixel képe
A galaxisok kialakulása tárhely z ~ 6 kvazárok
Korai fekete lyukak a kozmológiai szimulációkban
Hideg áramlatok és az első kvazárok
Tudjon meg többet a Gigapanról és a MassiveBlackról a következő címen: http://gigapan.org/gigapans/76215/ és http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Forrás: Carnegie Mellon University sajtóközlemény
