Čo kŕmilo skoré čierne diery umožňujúce ich veľmi rýchly rast? Nový objav vedcov z Carnegie Mellon University pomocou kombinácie superpočítačových simulácií a technológie GigaPan Time Machine ukazuje, že strava kozmického „rýchleho občerstvenia“ (tenké prúdy studeného plynu) prúdila nekontrolovateľne do stredu prvých čiernych dier a spôsobovala tak aby boli „nahradené“ a rástli rýchlejšie ako čokoľvek iné vo vesmíre.
Keď bol náš vesmír mladý, menej ako miliarda rokov po Veľkom tresku, galaxie sa začali formovať a rásť. Podľa predchádzajúcich teórií mali byť čierne diery v tom čase rovnako malé. Údaje zo prieskumu Sloan Digital Sky Survey ukázali opačný názor - supermasívne čierne diery existovali už 700 miliónov rokov po Veľkom tresku.
„Sloan Digital Sky Survey našiel superhmotné čierne diery za menej ako 1 miliardu rokov. Boli rovnako veľké ako dnešné najmohutnejšie čierne diery staré 13,6 miliárd rokov, “uviedla Tiziana Di Matteo, docentka fyziky (Carnegie Mellon University). „Bola to hádanka. Prečo sa niektoré čierne diery vytvárajú tak skoro, keď trvá celý vek vesmíru, aby ostatní dosiahli rovnakú hmotnosť? “
Supermasívne čierne diery sú najväčšie čierne diery v súčasnosti - vážia miliardami krát hmotnosťou Slnka. Väčšina „normálnych“ čiernych dier je len asi 30-krát hmotnejšia ako Slnko. V súčasnosti akceptovaný mechanizmus vytvárania supermasívnych čiernych dier je prostredníctvom galaktických fúzií. Jedným z problémov tejto teórie a toho, ako sa to vzťahuje na skoré supermasívne čierne diery, je to, že na začiatku vesmíru nebolo veľa galaxií a boli príliš vzdialené od seba, aby sa zlúčili.
Rupert Croft, docent fyziky (Carnegie Mellon University), poznamenal: „Ak píšete rovnice, ako sa tvoria galaxie a čierne diery, zdá sa, že nie je možné, aby sa tieto obrovské masy mohli vytvoriť tak skoro, ale pozeráme sa na oblohu a tam sú."
V snahe porozumieť procesom, ktoré tvorili skoré supermasívne čierne diery, Di Matteo, Croft a Khandai vytvorili MassiveBlack - doteraz najväčšiu kozmologickú simuláciu. Účelom MassiveBlack je presne simulovať prvých miliárd rokov nášho vesmíru. Di Matteo, ktorý popisuje MassiveBlack, poznamenal: „Táto simulácia je skutočne obrovská. Je to najväčší z hľadiska úrovne fyziky a skutočného objemu. Urobili sme to preto, lebo sme mali záujem pozerať sa na zriedkavé veci vo vesmíre, napríklad na prvé čierne diery. Pretože sú také zriedkavé, musíte prehľadávať veľké množstvo priestoru. “
Croft a tím začali simulácie pomocou známych kozmologických modelov založených na teóriách a zákonoch modernej fyziky. "Nedali sme nič bláznivého. Neexistuje žiadna mágia fyziky, žiadne ďalšie veci." Je to rovnaká fyzika, ktorá v simuláciách neskoršieho vesmíru vytvára galaxie, “povedal Croft. „Ale zázračne sa objavujú tieto skoré kvázary, ako už bolo uvedené. Nevedeli sme, že sa ukážu. Bolo úžasné zmerať ich hmotnosti a ísť ‘Páni! Ide o presnú správnu veľkosť a ukazujú sa presne v správnom čase. “Je to príbeh úspechu pre modernú teóriu kozmológie.“
Dáta z MassiveBlack boli pridané do projektu GigaPan Time Machine. Kombináciou údajov MassiveBlack s projektom GigaPan Time Machine vedci videli simuláciu, akoby išlo o film - ľahko sa pohybovať po simulovanom vesmíre tak, ako sa vytvoril. Keď si tím všimol udalosti, ktoré sa zdali zaujímavé, boli tiež schopné priblížiť sa, aby si ich mohli pozrieť podrobnejšie, než to, čo videli v našom vlastnom vesmíre pomocou pozemných alebo vesmírnych teleskopov.
Keď tím priblížil vytvorenie prvých superhmotných čiernych dier, uvidel niečo neočakávané. Normálne pozorovania ukazujú, že keď studený plyn prúdi smerom k čiernej diere, ohrieva sa z kolízií s inými molekulami plynu v okolí, potom sa pred vstupom do čiernej diery ochladí. Tento proces, ktorý sa nazýva „šokové zahrievanie“, mal zastaviť včasné čierne diery v dosiahnutí pozorovaných hmotností. Namiesto toho tím pozoroval tenké prúdy studeného hustého plynu prúdiaceho pozdĺž „vlákien“, ktoré boli pozorované vo veľkých prieskumoch, ktoré odhaľujú štruktúru nášho vesmíru. Vlákna umožňovali plynu prúdiť priamo do stredu čiernych dier neuveriteľnou rýchlosťou a poskytovali im studené rýchle občerstvenie. Stála, ale nekontrolovaná spotreba poskytla mechanizmus pre čierne diery, aby rástli oveľa rýchlejšie ako ich hostiteľské galaxie.
Zistenia sa uverejnia v Astrofyzikálnom liste.
Ak si chcete prečítať viac, prečítajte si články nižšie (prostredníctvom Physics arXiv):
Terapixelové zobrazovanie kozmologických simulácií
Tvorba galaxií hosťujúcich z ~ 6 kvasarov
Skoré čierne diery v kozmologických simuláciách
Prúd studeného toku a prvé kvázary
Viac informácií o Gigapan a MassiveBlack nájdete na: http://gigapan.org/gigapans/76215/ a http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Zdroj: tlačová správa Carnegie Mellon University
