Folosind un nou model de computer pentru formarea galaxiilor, cercetătorii au arătat că găurile negre în creștere eliberează o explozie de energie care reglementează fundamental evoluția galaxiei și creșterea găurilor negre în sine. Modelul explică pentru prima oară fenomenele observate și promite să ofere informații mai profunde asupra înțelegerii noastre despre formarea galaxiilor și rolul găurilor negre de-a lungul istoriei cosmice, potrivit creatorilor săi. Publicate în numărul din 10 februarie al revistei Nature, rezultatele au fost generate de astrofizicistul Universității Carnegie Mellon, Tiziana Di Matteo și colegii săi, în timp ce la Max Planck Institut fur fur Astrophysik din Germania. Colaboratorii lui Di Matteo includ Volker Springel la Max-Planck Institut pentru Astrofizică și Lars Hernquist la Universitatea Harvard.
„În ultimii ani, oamenii de știință au început să aprecieze că masa totală de stele din galaxiile de astăzi corespunde direct dimensiunii găurii negre a unei galaxii, dar până în prezent, nimeni nu putea contabiliza această relație observată”, a spus Di Matteo, profesor asistent de fizică la Carnegie Mellon. „Folosirea simulărilor noastre ne-a oferit un mod complet nou de a explora această problemă.”
Cheia cercetătorilor? descoperirea a fost încorporarea calculelor pentru dinamica găurilor negre într-un model de calcul al formării galaxiei.
Pe măsură ce galaxiile s-au format în universul timpuriu, acestea conțineau probabil mici găuri negre în centrele lor. În scenariul standard de formare a galaxiilor, galaxiile cresc prin a se uni unele cu altele prin atragerea gravitației. În acest proces, găurile negre din centrul lor se îmbină și cresc rapid pentru a ajunge la masele observate de un miliard de ori mai mare decât ale Soarelui; prin urmare, ele sunt numite găuri negre supermasive. Tot în momentul fuziunii, majoritatea stelelor se formează din gazul disponibil. Galaxiile de astăzi și găurile lor negre centrale trebuie să fie rezultatul unei serii de astfel de evenimente.
Di Matteo și colegii săi au simulat coliziunea a două galaxii naștere și au descoperit că atunci când cele două galaxii s-au reunit, cele două găuri negre supermasive ale acestora s-au contopit și au consumat inițial gazul din jur. Dar această activitate a fost autolimitată. Pe măsură ce gaura neagră supermasivă a galaxiei rămase a aspirat gaz, a generat o stare luminescentă numită quasar. Quasarul a energizat gazul înconjurător la un astfel de nivel, încât a fost aruncat de la imediata apropiere a găurii negre supermasive către exteriorul galaxiei. Fără gaz din apropiere, gaura neagră super-masivă a galaxiei nu putea „mânca” pentru a se menține și a devenit latentă. În același timp, gazul nu mai era disponibil pentru a mai forma stele.
"Am descoperit că energia eliberată de găurile negre în timpul unei faze quasar alimentează un vânt puternic care împiedică materialul să cadă în gaura neagră", a spus Springel. „Acest proces inhibă creșterea în continuare a găurilor negre și închide cvasarul, la fel cum formarea stelelor se oprește în interiorul unei galaxii. Drept urmare, masa găurilor negre și masa stelelor dintr-o galaxie sunt strâns legate. Rezultatele noastre explică, de asemenea, pentru prima dată de ce durata de viață a quasarului este o fază atât de scurtă în comparație cu viața unei galaxii. "
În simulările lor, Di Matteo, Springel și Hernquist au descoperit că găurile negre din galaxiile mici își auto-limitează creșterea mai eficient decât în cele din galaxiile mai mari. O galaxie mai mică conține cantități mai mici de gaz, astfel încât o cantitate mică de energie din gaura neagră poate arunca rapid acest gaz departe. Într-o galaxie mare, gaura neagră poate atinge o dimensiune mai mare înainte ca gazul său înconjurător să fie suficient de energizat pentru a înceta să cadă. Cu gazul lor cheltuit rapid, galaxiile mai mici fac mai puține stele. Cu un bazin cu gaz cu durată mai lungă, galaxiile mai mari fac mai multe stele. Aceste descoperiri corespund relației observate între mărimea găurii negre și masa totală a stelelor din galaxii.
"Simulările noastre demonstrează că autoreglarea poate contabiliza cantitativ faptele observate asociate cu găurile negre și galaxiile", a spus Hernquist, profesor și catedră de astronomie la Facultatea de Arte și Științe din Harvard. "Oferă o explicație pentru originea vieții de cvasar și ar trebui să ne permită să înțelegem de ce cvasarii au fost mai abundenți în universul timpuriu decât în prezent."
„Cu aceste calcule, acum vedem că găurile negre trebuie să aibă un impact enorm asupra modului în care se formează și evoluează galaxiile”, a spus Di Matteo. „Succesele obținute până acum ne vor permite să implementăm aceste modele în universuri mai mari simulate, astfel încât să putem înțelege modul în care populațiile mari de găuri negre și galaxii se influențează reciproc într-un context cosmologic.”
Echipa și-a desfășurat simulările cu resursele de calcul extinse ale Centrului de calcul paralel astrofizic din Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics și la Rechenzentrum der Max-Planck-Gesellschaft din Garching.
Sursa originală: Comunicat de presă al Institutului Max Planck
