Ce a alimentat găurile negre timpurii care permit creșterea lor foarte rapidă? O nouă descoperire făcută de cercetătorii de la Carnegie Mellon University folosind o combinație de simulări de supercomputere și tehnologia GigaPan Time Machine arată că o dietă de „fast-food” cosmic (fluxuri subțiri de gaz rece) a curgat incontrolabil în centrul primelor găuri negre, provocând ei să fie „înlocuiți” și să crească mai repede decât orice altceva în Univers.
Când Universul nostru era tânăr, la mai puțin de un miliard de ani de la Big Bang, galaxiile abia începeau să se formeze și să crească. Conform teoriilor anterioare, găurile negre din acea vreme ar fi trebuit să fie la fel de mici. Datele din Sloan Digital Sky Survey au arătat dovezi contrare - găurile negre supermasive existau încă din 700 de milioane de ani după Big Bang.
„Sloan Digital Sky Survey a descoperit găuri negre super-masive la mai puțin de 1 miliard de ani. Acestea erau de aceeași dimensiune cu cele mai masive găuri negre de astăzi, care au o vechime de 13,6 miliarde de ani ”, a spus Tiziana Di Matteo, profesor asociat de fizică (Carnegie Mellon University). „A fost un puzzle. De ce unele găuri negre se formează atât de devreme când este nevoie de întreaga vârstă a Universului pentru ca alții să ajungă la aceeași masă? "
Gurile negre supermasive sunt cele mai mari găuri negre existente - cântărind cu mase de miliarde de ori mai mari decât cele ale Soarelui. Majoritatea găurilor negre „normale” sunt doar de aproximativ 30 de ori mai masive decât Soarele. Mecanismul acceptat în prezent pentru formarea găurilor negre supermasive se face prin fuziuni galactice. O problemă cu această teorie și modul în care se aplică găurilor negre supermassive timpurii este că în Universul timpuriu nu existau multe galaxii și erau prea îndepărtate unele de altele pentru a se contopi.
Rupert Croft, profesor asociat de fizică (Universitatea Carnegie Mellon) a remarcat: „Dacă scrieți ecuațiile pentru modul în care se formează galaxii și găuri negre, nu pare posibil ca aceste mase uriașe să se formeze atât de devreme, dar privim spre cer și acolo sunt ei."
În efortul de a înțelege procesele care au format găurile negre supermassive timpurii, Di Matteo, Croft și Khandai au creat MassiveBlack - cea mai mare simulare cosmologică până în prezent. Scopul MassiveBlack este de a simula cu exactitate primele miliarde de ani ale universului nostru. Descriind MassiveBlack, Di Matteo a remarcat: „Această simulare este cu adevărat gigantică. Este cel mai mare din punct de vedere al nivelului de fizică și al volumului real. Am făcut asta pentru că eram interesați să privim lucruri rare din univers, precum primele găuri negre. Deoarece sunt atât de rare, trebuie să căutați într-un volum mare de spațiu ”.
Croft și echipa au început simulările folosind modele cunoscute de cosmologie bazate pe teorii și legi ale fizicii actuale. „Nu am pus nimic înnebunit. Nu există fizică magică, nici lucruri în plus. Este aceeași fizică care formează galaxii în simulări ale universului ulterior ”, a spus Croft. „Dar, în mod magic, apar aceste cvasi timpurii, așa cum se observase. Nu știam că vor apărea. A fost uimitor să măsoare masele lor și să meargă „Uau! Acestea sunt dimensiunile exacte exacte și apar exact la momentul potrivit. „Este o poveste de succes pentru teoria modernă a cosmologiei.”
Datele de la MassiveBlack au fost adăugate la proiectul GigaPan Time Machine. Combinând datele MassiveBlack cu proiectul GigaPan Time Machine, cercetătorii au putut vedea simularea ca și cum ar fi un film - ușor de a trece pe universul simulat, așa cum s-a format. Când echipa a observat evenimente care păreau interesante, au putut, de asemenea, să mărească pentru a vedea evenimentele în detaliu mai mare decât cele pe care le-au putut vedea în universul nostru cu telescoape din sol sau spațiu.
Atunci când echipa a făcut zoom pe crearea primelor găuri negre supermasive, au văzut ceva neașteptat. Observațiile normale arată că atunci când gazul rece curge spre o gaură neagră, acesta este încălzit din coliziuni cu alte molecule de gaz din apropiere, apoi se răcește înainte de a intra în gaura neagră. Cunoscut drept „încălzire prin șoc”, procesul ar fi trebuit să oprească găurile negre timpurii de la atingerea maselor observate. În schimb, echipa a observat fluxuri subțiri de gaz dens, care curge de-a lungul „filamentelor” văzute în sondaje la scară largă care dezvăluie structura universului nostru. Filamentele au permis gazului să curgă direct în centrul găurilor negre la o viteză incredibilă, asigurându-le mâncare rapidă și rece. Consumul constant, dar necontrolat a furnizat un mecanism pentru ca găurile negre să crească într-un ritm mult mai rapid decât galaxiile lor gazdă.
Rezultatele vor fi publicate în jurnalele de astrofizică.
Dacă doriți să citiți mai multe, consultați lucrările de mai jos (prin Physics arXiv):
Terapixel Imaginile simulărilor cosmologice
Formarea galaxiilor care găzduiesc z ~ 6 Quasari
Guri negre timpurii în simulări cosmologice
Fluxurile reci și primele cvasare
Aflați mai multe despre Gigapan și MassiveBlack la: http://gigapan.org/gigapans/76215/ și http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Sursa: Comunicat de presă al Universității Carnegie Mellon
