Выявлено рождение массивных черных дыр в ранней Вселенной

Прочитано: 497 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Свет, излучаемый вокруг первых массивных черных дыр во вселенной, настолько интенсивен, что может достигать телескопов по всему пространству вселенной. Невероятно, но свет от самых далеких черных дыр (или квазаров) путешествует к нам уже более 13 миллиардов световых лет. Однако мы не знаем, как образовались эти черные монстры.

Выявлено рождение массивных черных дыр в ранней Вселенной

Новое исследование, проведенное исследователями из Технологического института Джорджии, Университета Дублина, Университета штата Мичиган, Калифорнийского университета в Сан-Диего, Суперкомпьютерного центра Сан-Диего и IBM, обеспечивает новый и чрезвычайно многообещающий путь для решения этой космической загадки. Команда показала, что когда галактики собираются очень быстро, а иногда и бурно, это может привести к образованию очень массивных черных дыр . В этих редких галактиках нормальное звездообразование нарушается и происходит образование черной дыры.

Новое исследование показывает, что массивные черные дыры образуются в плотных беззвездных областях, которые быстро растут, переворачивая с ног на голову давно признанное мнение о том, что образование массивных черных дыр ограничивалось областями, подвергшимися воздействию мощного излучения близлежащих галактик. Выводы исследования, опубликованные 23 января в журнале Nature и поддержанные финансированием Национального научного фонда, Европейского союза и НАСА, также показывают, что массивные черные дыры встречаются во вселенной гораздо чаще, чем считалось ранее.

Ключевой критерий для определения того, где массивные черные дыры образовались во время младенчества Вселенной, связан с быстрым ростом предгалактических газовых облаков, которые являются предшественниками всех современных галактик, а это означает, что большинство сверхмассивных черных дыр имеют общее происхождение, формирующееся в этой новой Открыл сценарий, сказал Джон Уайз, доцент в Центре релятивистской астрофизики в Технологии Джорджии и соответствующем авторе газеты. Темная материя разрушается в ореолы, которые являются гравитационным клеем для всех галактик. Ранний быстрый рост этих гало предотвратил образование звезд, которые конкурировали бы с черными дырами за газообразную материю, текущую в область.


«В этом исследовании мы обнаружили совершенно новый механизм, который вызывает образование массивных черных дыр, в частности гало темной материи», — сказал Уайз. «Вместо того, чтобы просто рассматривать излучение, нам нужно посмотреть, как быстро растут ореолы. Нам не нужно много физики, чтобы понять это — просто, как распределена темная материя и как гравитация повлияет на это. Для формирования массивной черной дыры требуется находясь в редком регионе с интенсивной конвергенцией материи «.

Когда исследовательская группа нашла эти места образования черных дыр в симуляции , они сначала были озадачены, сказал Джон Риган, научный сотрудник Центра астрофизики и теории относительности при Дублинском городском университете. Ранее принятая парадигма заключалась в том, что массивные черные дыры могут образовываться только при воздействии высоких уровней радиации поблизости.

«Предыдущие теории предполагали, что это должно происходить только тогда, когда места подвергались воздействию высоких уровней смертоносного излучения звездообразования», — сказал он. «Когда мы углубились глубже, мы увидели, что эти места переживают период чрезвычайно быстрого роста. Это был ключ. Насильственная и бурная природа быстрой сборки, насильственное разрушение оснований галактики во время рождения галактики помешало нормальной звезде образование и привело к созданию идеальных условий для формирования черной дыры. Это исследование сдвигает предыдущую парадигму и открывает совершенно новую область исследований «.

Ранее теория опиралась на интенсивное ультрафиолетовое излучение близлежащей галактики для подавления образования звезд в ореоле, образующем черные дыры, сказал Майкл Норман, директор суперкомпьютерного центра Сан-Диего в Калифорнийском университете в Сан-Диего и один из авторов работы. «Хотя ультрафиолетовое излучение все еще является фактором, наша работа показала, что оно не является доминирующим фактором, по крайней мере, в наших моделях», — пояснил он.

Исследование было основано на наборе Renaissance Simulation, наборе данных объемом 70 терабайт, созданном на суперкомпьютере Blue Waters в период между 2011 и 2014 годами, чтобы помочь ученым понять, как развивалась Вселенная в ее ранние годы. Чтобы узнать больше о конкретных регионах, где могут образовываться массивные черные дыры, исследователи изучили данные моделирования и обнаружили десять конкретных гало темной материи, которые должны были образовывать звезды с учетом их массы, но содержали только плотное газовое облако. Используя суперкомпьютер Stampede2, они затем смоделировали два из этих ореолов — каждый около 2400 световых лет в поперечнике — с гораздо более высоким разрешением, чтобы понять детали того, что происходило в них спустя 270 миллионов лет после Большого взрыва.

«Только в этих чрезмерно плотных областях вселенной мы увидели, как формируются эти черные дыры», — сказал Уайз. «Темная материя создает большую часть гравитации, а затем газ попадает в тот гравитационный потенциал, где он может образовывать звезды или массивную черную дыру».

Моделирование эпохи Возрождения является наиболее полным моделированием ранних стадий гравитационной сборки первичного газа, состоящего из водорода, гелия и холодной темной материи, ведущих к образованию первых звезд и галактик. Они используют технику, известную как адаптивное уточнение сетки, чтобы увеличить плотные комки, образующие звезды или черные дыры. Кроме того, они покрывают достаточно большую область ранней вселенной, чтобы сформировать тысячи объектов — требование, если кто-то интересуется редкими объектами, как здесь. «Высокое разрешение, богатая физика и большой выбор коллапсирующих гало были необходимы для достижения этого результата», — сказал Норман.

Выявлено рождение массивных черных дыр в ранней Вселенной

Улучшенное разрешение моделирования, выполненного для двух областей-кандидатов, позволило ученым увидеть турбулентность и приток газа и скопления вещества, когда предшественники черной дыры начали конденсироваться и вращаться. Скорость их роста была впечатляющей.

«Астрономы наблюдают сверхмассивные черные дыры, которые выросли до миллиарда солнечных масс за 800 миллионов лет», — сказал Уайз. «Для этого требовалось интенсивное сближение массы в этом регионе. Вы могли бы ожидать, что в регионах, где галактики формировались в очень ранние времена».
Другой аспект исследования заключается в том, что ореолы, порождающие черные дыры, могут встречаться чаще, чем считалось ранее.

«Захватывающим компонентом этой работы является открытие, что эти типы ореолов, хотя и редки, могут быть достаточно распространенными», — сказал Брайан О’Ши, профессор Мичиганского государственного университета. «Мы прогнозируем, что этот сценарий будет достаточным для того, чтобы стать источником самых массивных черных дыр, которые наблюдаются как в начале Вселенной, так и в галактиках в настоящее время».

Дальнейшая работа с этими моделями будет смотреть на жизненный цикл этих массивных галактик формирования черной дыры, изучая формирование, рост и эволюцию первых массивных черных дыр во времени. «Наша следующая цель — исследовать дальнейшую эволюцию этих экзотических объектов. Где сегодня находятся эти черные дыры? Можем ли мы обнаружить доказательства их существования в локальной вселенной или с помощью гравитационных волн?» Спросил Риган.

Для получения этих новых ответов исследовательская группа и другие могут вернуться к моделированию.

«Симуляторы Ренессанса достаточно богаты, чтобы другие открытия можно было сделать с использованием уже вычисленных данных», — сказал Норман. «По этой причине мы создали общедоступный архив в SDSC, который называется« Лаборатория имитации ренессанса », где другие могут задавать свои вопросы».



Новости партнеров