Kas baro agrīnos melnos caurumus, ļaujot tiem ļoti strauji augt? Jauns atklājums, ko izdarījuši Kārnegi Melona universitātes pētnieki, izmantojot superdatoru simulāciju un GigaPan Time Machine tehnoloģiju, liecina, ka kosmiskā “ātrās ēdināšanas” (plānas aukstas gāzes plūsmas) uzturs nekontrolējami plūda pirmo melno caurumu centrā, izraisot viņiem jābūt “supersized” un augt ātrāk nekā jebkas cits Visumā.
Kad mūsu Visums bija jauns, nepilnu miljardu gadu pēc Lielā sprādziena, galaktikas tikai sāka veidoties un augt. Saskaņā ar iepriekšējām teorijām melnajiem caurumiem tajā laikā vajadzēja būt tikpat maziem. Sloan Digital Sky apsekojuma dati liecina par pretējo - supermasīvi melnie caurumi pastāvēja jau 700 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena.
“Sloan Digital Sky Survey atklāja supermasīvus melnos caurumus mazāk nekā viena miljarda gadu laikā. Tie bija tāda paša izmēra kā mūsdienu masīvākie melnie caurumi, kuru vecums ir 13,6 miljardi gadu, ”sacīja Tiziana Di Matteo, fizikas asociētais profesors (Kārnegi Melona universitāte). “Tā bija mīkla. Kāpēc daži melnie caurumi veidojas tik agri, kad vajadzīgs viss Visuma vecums, lai citi sasniegtu to pašu masu? ”
Supermasīvie melnie caurumi ir lielākie pastāvošie melnie caurumi, kuru svars ir miljardiem reižu lielāks nekā Saules. Lielākā daļa “parasto” melno caurumu ir tikai apmēram 30 reizes masīvāki nekā Saule. Pašlaik pieņemtais supermasīvo melno caurumu veidošanās mehānisms notiek ar galaktisko apvienošanos palīdzību. Viena no šīs teorijas problēmām un tās piemērošana agrīnajiem supermasīvajiem melnajiem caurumiem ir tā, ka agrīnajā Visumā nebija daudz galaktiku un tās bija pārāk tālu viena no otras, lai saplūst.
Ruperts Krofts, fizikas asociētais profesors (Kārnegi Melona universitāte), atzīmēja: “Ja jūs uzrakstāt vienādojumus tam, kā veidojas galaktikas un melnie caurumi, nešķiet iespējams, ka šīs milzīgās masas varētu veidoties tik agri, bet mēs skatāmies uz debesīm un tur viņi ir. ”
Cenšoties izprast procesus, kas veidoja agrīnos supermasīvos melnos caurumus, Di Matteo, Croft un Khandai izveidoja MassiveBlack - līdz šim lielāko kosmoloģisko simulāciju. MassiveBlack mērķis ir precīzi simulēt mūsu Visuma pirmos miljardus gadu. Aprakstot MassiveBlack, Di Matteo atzīmēja: “Šī simulācija ir patiesi gigantiska. Tas ir lielākais fizikas līmeņa un faktiskā apjoma ziņā. Mēs to izdarījām tāpēc, ka mums bija interese aplūkot retas lietas Visumā, piemēram, pirmos melnos caurumus. Tā kā tie ir tik reti, jums jāmeklē lielā apjomā vietas ”.
Croft un komanda uzsāka simulācijas, izmantojot zināmus kosmoloģijas modeļus, kuru pamatā ir mūsdienu fizikas teorijas un likumi. "Mēs nedomājām neko traku. Nav burvju fizikas un nav nekādu papildu lietu. Tā ir tā pati fizika, kas veido galaktikas vēlākā Visuma simulācijās, ”sacīja Krofts. “Bet maģiski, ka šie agrīnie kvazāri, tāpat kā tika novēroti, parādās. Mēs nezinājām, ka viņi gatavojas parādīties. Bija pārsteidzoši izmērīt viņu masu un doties 'Wow! Tie ir precīzi pareizie izmēri un parādās precīzi pareizajā brīdī. "Tas ir mūsdienu kosmoloģijas teorijas veiksmes stāsts."
MassiveBlack dati tika pievienoti GigaPan Time Machine projektam. Apvienojot MassiveBlack datus ar GigaPan Time Machine projektu, pētnieki spēja simulāciju aplūkot tā, it kā tā būtu filma - viegli panorāmas visā modelētajā visumā, kā tas izveidojās. Kad komanda pamanīja notikumus, kas šķita interesanti, viņi arī varēja pietuvināt, lai redzētu notikumus sīkāk nekā to, ko viņi varēja redzēt mūsu Visumā ar zemes vai kosmosa bāzes teleskopiem.
Kad komanda pietuvināja pirmo supermasīvo melno caurumu izveidi, viņi ieraudzīja kaut ko negaidītu. Parastie novērojumi rāda, ka, kad aukstā gāze plūst melnā cauruma virzienā, tā tiek sasildīta no sadursmēm ar citām tuvumā esošajām gāzes molekulām, pēc tam atdziest pirms iekļūšanas melnajā caurumā. Pazīstams kā “šoka sildīšana”, šim procesam vajadzēja apturēt agrīno melno caurumu nokļūšanu novērotajās masās. Tā vietā komanda novēroja plānas aukstas blīvas gāzes plūsmas, kas plūst pa “pavedieniem” un kas bija redzamas liela mēroga apsekojumos, kas atklāj mūsu Visuma struktūru. Kvēldiegi ļāva gāzei tieši neticamā ātrumā plūst melno caurumu centrā, nodrošinot tos ar aukstu, ātru ēdienu. Pastāvīgs, bet nekontrolēts patēriņš nodrošināja mehānismu, kā melnajiem caurumiem augt daudz straujāk nekā viņu saimnieku galaktikām.
Rezultāti tiks publicēti Astrophysical Journal Letters.
Ja vēlaties lasīt vairāk, apskatiet šādus dokumentus (izmantojot Physics arXiv):
Kosmoloģisko simulāciju attēlojums ar pikseļiem
Galaktiku veidošanās hostings z ~ 6 kvazāri
Agrīnie melnie caurumi kosmoloģiskās simulācijās
Aukstās plūsmas un pirmie kvazāri
Uzziniet vairāk par Gigapan un MassiveBlack vietnē: http://gigapan.org/gigapans/76215/ un http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Avots: Kārnegi Melona Universitātes paziņojums presei
