Mis toitis varased mustad augud, võimaldades nende väga kiiret kasvu? Carnegie Melloni ülikooli teadlaste tehtud uus avastus, kasutades superarvuti simulatsioone ja GigaPan Time Machine tehnoloogiat, näitab, et kosmilise “kiirtoidu” (õhukesed külma gaasi voolud) toit voolas kontrollimatult esimeste mustade aukude keskele, põhjustades nad peavad olema “ülisuured” ja kasvama kiiremini kui miski muu universumis.
Kui meie Universum oli noor, vähem kui miljard aastat pärast Suurt Pauku, hakkasid galaktikad alles moodustuma ja kasvama. Varasemate teooriate kohaselt pidid tollased mustad augud olema sama väikesed. Sloani digitaalse taeva uuringu andmed on näidanud vastupidist - ülimaitsvad mustad augud olid olemas juba 700 miljonit aastat pärast Suurt Pauku.
„Sloani digitaalse taeva uuring leidis vähem kui miljardi aasta jooksul ülimaitsvaid mustaid auke. Need olid sama suurusega kui tänapäeval kõige massiivsemad mustad augud, mis on 13,6 miljardit aastat vanad, ”ütles füüsika dotsent (Carnegie Melloni ülikool) Tiziana Di Matteo. “See oli mõistatus. Miks moodustuvad mõned mustad augud nii varakult, kui teiste massini jõudmiseks on vaja kogu Universumi vanust? ”
Supermassiivsed mustad augud on suurimad olemasolevad mustad augud - need kaaluvad Päikese omast miljardeid kordi. Enamik “tavalisi” mustaid auke on Päikesest vaid umbes 30 korda massilisemad. Praegu supermassiivsete mustade aukude moodustamise mehhanism toimub galaktiliste ühinemiste kaudu. Üks selle teooria ja selle varase supermassiivsete mustade aukude probleem on see, et varajases universumis polnud galaktikaid palju ja nad olid teineteisest liiga kaugeks, et sulanduda.
Rupert Croft, füüsika dotsent (Carnegie Melloni ülikool), ütles: “Kui kirjutada võrrandid galaktikate ja mustade aukude moodustamiseks, ei tundu olevat võimalik, et need tohutud massid võiksid nii varakult moodustuda, kuid me vaatame taeva poole ja seal nad on. ”
Püüdes mõista protsesse, mis moodustasid varased supermassiivsed mustad augud, lõid Di Matteo, Croft ja Khandai MassiveBlacki - seni suurima kosmoloogilise simulatsiooni. MassiveBlacki eesmärk on täpselt simuleerida meie universumi esimest miljardit aastat. MassiveBlackit kirjeldades märkis Di Matteo: “See simulatsioon on tõeliselt hiiglaslik. See on suurim füüsika taseme ja tegeliku mahu osas. Tegime seda, sest olime huvitatud universumi haruldaste asjade vaatamisest, nagu esimesed mustad augud. Kuna need on nii haruldased, peate otsima suurest ruumist.
Croft ja meeskond alustasid simulatsioone, kasutades tuntud kosmoloogia mudeleid, mis põhinevad tänapäevase füüsika teooriatel ja seadustel. "Me ei pannud midagi hullu sisse. Seal pole võlukunsti füüsikat ega lisa asju. See on sama füüsika, mis moodustab galaktikad hilisema universumi simulatsioonides, ”ütles Croft. “Kuid võluväel ilmuvad need varased kvaasarid, nagu seda oli täheldatud. Me ei teadnud, et nad ilmuvad. Oli hämmastav mõõta nende masse ja minna 'Wow! Need on täpselt õige suurusega ja kuvatakse täpselt õigel ajal. "See on kaasaegse kosmoloogia teooria edulugu."
MassiveBlacki andmed lisati GigaPan Time Machine projekti. Kombineerides MassiveBlacki andmeid GigaPani ajamasina projektiga, suutsid teadlased simulatsiooni vaadata justkui filmist - hõlpsasti panoraamides kogu simuleeritud universumi, nagu see moodustas. Kui meeskond märkas sündmusi, mis tundusid huvitavad, suutsid nad ka suumida, et vaadata sündmusi detailsemalt kui see, mida nad meie universumis maapealsete või kosmosepõhiste teleskoopide abil nägid.
Kui meeskond suutis esimeste supermassiivsete mustade aukude loomisse suumida, nägid nad midagi ootamatut. Tavalised vaatlused näitavad, et kui külm gaas voolab musta auku, kuumutatakse seda kokkupõrgetest teiste läheduses asuvate gaasimolekulidega, seejärel jahtub enne musta auku sisenemist. Löögiküttena tuntud protsess peaks peatama varasete mustade aukude jõudmise vaadeldud massidesse. Selle asemel vaatas meeskond õhukesi külma tiheda gaasi vooge, mis voolasid mööda hõõgniite, mida nähti suuremahulistes uuringutes, mis paljastavad meie universumi struktuuri. Hõõgniidid lasid gaasil voolata uskumatul kiirusel otse mustade aukude keskele, pakkudes neile külma kiiret toitu. Tasane, kuid kontrollimatu tarbimine andis mehhanismi mustade aukude kasvamiseks palju kiiremini kui nende peremehe galaktikad.
Tulemused avaldatakse ajakirjas Astrophysical Journal Letters.
Kui soovite rohkem lugeda, vaadake allpool olevaid pabereid (füüsika arXiv kaudu):
Kosmoloogiliste simulatsioonide terapiksline kujutis
Galaktikate moodustamine majutab z ~ 6 kvaasari
Varased mustad augud kosmoloogilistes simulatsioonides
Külmad voolud ja esimesed kvaasarid
Lisateavet Gigapani ja MassiveBlacki kohta leiate veebisaitidest: http://gigapan.org/gigapans/76215/ ja http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Allikas: Carnegie Melloni ülikooli pressiteade
