Kasutades uut galaktikate moodustumise arvutimudelit, on teadlased näidanud, et kasvavad mustad augud vabastavad energia plahvatuse, mis põhimõtteliselt reguleerib galaktikate evolutsiooni ja musta augu kasvu ise. Mudel selgitab esmakordselt täheldatud nähtusi ja lubab anda loojate sõnul sügavama ülevaate meie arusaamast galaktikate moodustumisest ja mustade aukude rollist kogu kosmilise ajaloo vältel. Looduse 10. veebruari numbris avaldatud tulemused lõid Carnegie Melloni ülikooli astrofüüsik Tiziana Di Matteo ja tema kolleegid, viibides Saksamaal Max Plancki Instituudi Astrophysiku juures. Di Matteo kaastöötajate hulka kuuluvad Volker Springel Max-Plancki Astrofüüsika Instituudis ja Lars Hernquist Harvardi ülikoolist.
"Viimastel aastatel on teadlased hakanud mõistma, et tänaste galaktikate tähtmass vastab otseselt galaktika musta augu suurusele, kuid seni ei suutnud keegi seda täheldatud suhet arvesse võtta," ütles Di Matteo, Carnegie Melloni füüsika abiprofessor. "Meie simulatsioonide kasutamine on andnud meile täiesti uue viisi selle probleemi uurimiseks."
Võti teadlastele? läbimurre oli musta augu dünaamika arvutuste lisamine galaktikate moodustumise arvutuslikku mudelisse.
Kuna galaktikad moodustusid varases universumis, sisaldasid nad oma keskpunktis tõenäoliselt väikseid mustaid auke. Galaktikate moodustumise standardstsenaariumi korral kasvavad galaktikad üksteisega gravitatsiooni tõmbe teel kokku tulles. Selle käigus sulanduvad nende keskpunktis olevad mustad augud kiiresti ja kasvavad kiiresti, et saavutada nende mass, mis on miljard korda suurem kui Päikese mass; seetõttu nimetatakse neid ülimagusateks mustadeks aukudeks. Ka ühinemise ajal moodustab suurem osa tähti saadaolevast gaasist. Tänapäeva galaktikad ja nende keskmised mustad augud peavad olema selliste sündmuste seeria tagajärg.
Di Matteo ja tema kolleegid jäljendasid kahe tärkava galaktika kokkupõrget ja leidsid, et kui kaks galaktikat kokku tulid, ühinesid nende kaks ülimassiivset musta auku ja tarbisid algselt ümbritsevat gaasi. Kuid see tegevus oli iseenesest piirav. Kuna järelejäänud galaktika ülimassiivne must auk imbus gaasi, toitis see luminestsentsseisundit, mida nimetatakse kvaasariks. Kvaar andis ümbritseva gaasi energiat sellisele tasemele, et see puhuti supermassiivse musta augu lähedusest galaktika välisküljele. Ilma läheduses asuva gaasita ei saanud galaktika ülimassiivne must auk end ülal pidada ja sai seisma. Samal ajal ei olnud gaasi enam tähtede moodustamiseks saadaval.
"Oleme avastanud, et kvaasifaasi ajal mustade aukude poolt eralduv energia annab tugeva tuule, mis hoiab ära materjali kukkumise musta auku," ütles Springel. See protsess pärsib musta augu edasist kasvu ja lülitab kvaasari välja, nii nagu tähtede moodustumine peatub galaktikas. Selle tulemusel on musta augu mass ja tähtede mass galaktikas tihedalt seotud. Meie tulemused selgitavad esimest korda ka seda, miks kvaasari eluiga on galaktika eluga võrreldes nii lühike etapp. ”
Di Matteo, Springel ja Hernquist leidsid oma simulatsioonides, et väikeste galaktikate mustad augud piiravad nende kasvu tõhusamalt kui suuremates galaktikates. Väiksem galaktika sisaldab väiksemas koguses gaasi, nii et väike kogus mustast august saab selle gaasi kiiresti ära puhuda. Suures galaktikas võib must auk suureneda enne, kui ümbritsev gaas on piisavalt sisse lülitatud, et peatada sisselangemine. Kuna gaasid kuluvad kiiresti, teevad väiksemad galaktikad vähem tähti. Pikema elueaga gaasibasseiniga muudavad suuremad galaktikad rohkem tähti. Need leiud vastavad täheldatud seosele musta augu suuruse ja tähtede kogumassi vahel galaktikates.
"Meie simulatsioonid näitavad, et eneseregulatsioon võib kvantitatiivselt arvestada mustade aukude ja galaktikatega seotud täheldatud faktidega," ütles Hernquist, Harvardi kunstiteaduste ja teaduskonna astronoomia õppetooli professor ja astronoomia õppetool. "See selgitab kvaasari eluea päritolu ja peaks võimaldama meil mõista, miks kvasare oli varases universumis küllaga kui praegu."
"Nende arvutuste abil näeme nüüd, et mustadel aukutel peab olema tohutu mõju galaktikate kujunemisele ja arengule," ütles Di Matteo. "Senised saavutused võimaldavad meil rakendada neid mudeleid suuremates simuleeritud universumites, et saaksime aru, kui suured mustade aukude ja galaktikate populatsioonid mõjutavad üksteist kosmoloogilises kontekstis."
Meeskond korraldas oma simulatsioone Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskuse ja Rechenzentrum der Max-Planck-Gesellschafti paralleelse astrofüüsikalise arvuti keskuse ulatuslike arvutiressurssidega Garchingus.
Algne allikas: Max Planck Institute'i pressiteade
