Izmantojot jaunu galaktiku veidošanās datoru modeli, pētnieki ir parādījuši, ka augošie melnie caurumi izdala enerģijas sprādzienu, kas pamatā regulē galaktiku evolūciju un pašu melno caurumu augšanu. Pēc radītāju domām, modelis pirmo reizi izskaidro novērotās parādības un sola sniegt dziļāku ieskatu mūsu izpratnē par galaktiku veidošanos un melno caurumu lomu visā kosmiskajā vēsturē. Publicēts žurnāla Nature 10. februāra numurā, rezultātus ģenerēja Kārnegi Melona universitātes astrofiziķe Tiziana Di Matteo un viņas kolēģi, atrodoties Max Planck Institut kažokādu astrofizikā Vācijā. Di Matteo līdzstrādnieku vidū ir Volkers Springelis Maks Planka astrofizikas institūtā un Larss Hernquists Hārvarda universitātē.
"Pēdējos gados zinātnieki ir sākuši novērtēt, ka mūsdienu zvaigžņu galaktiku kopējā masa tieši atbilst galaktikas melnā cauruma lielumam, taču līdz šim neviens nevarēja atskaitīties par šīm novērotajām attiecībām," sacīja Di Matteo, Kārnegija Melona fizikas profesora palīgs. "Izmantojot mūsu simulācijas, mēs esam ieguvuši pilnīgi jaunu veidu, kā izpētīt šo problēmu."
Pētnieku atslēga? sasniegums bija melnā cauruma dinamikas aprēķinu iekļaušana galaktiku veidošanās aprēķina modelī.
Tā kā galaktikas izveidojās agrīnajā Visumā, to centros, iespējams, bija mazi melni caurumi. Galaktiku veidošanās standarta scenārijā galaktikas aug, saplūstot viena ar otru smaguma spēka ietekmē. Procesa laikā melnie caurumi to centrā saplūst un ātri izaug, lai sasniegtu novēroto masu, kas ir miljardu reižu lielāka par Sauli; līdz ar to tos sauc par supermasīvajiem melnajiem caurumiem. Arī apvienošanās laikā lielākā daļa zvaigžņu veidojas no pieejamās gāzes. Mūsdienu galaktikām un to centrālajiem melnajiem caurumiem jābūt šādu notikumu virknes rezultātam.
Di Matteo un viņas kolēģi imitēja divu topošo galaktiku sadursmi un atklāja, ka, sadarbojoties abām galaktikām, viņu divi supermasīvie melnie caurumi saplūda un sākotnēji patērēja apkārtējo gāzi. Bet šī darbība bija sevi ierobežojoša. Kad paliekošās galaktikas supermasīvais melnais caurums iesūc gāzi, tas darbināja luminiscējošu stāvokli, ko sauc par kvazāru. Kvazārs energoja apkārtējo gāzi līdz tādam līmenim, ka tas tika izpūsts no supermasīvā melnā cauruma apkārtnes uz galaktikas ārpusi. Bez tuvumā esošās gāzes galaktikas supermasīvais melnais caurums nevarēja “apēst”, lai sevi uzturētu, un kļuva neaktīvs. Tajā pašā laikā gāze vairs nebija pieejama, lai veidotu vairāk zvaigžņu.
"Mēs esam atklājuši, ka enerģija, ko kvazās fāzes laikā izdala melnie caurumi, rada spēcīgu vēju, kas neļauj materiālam iekrist melnajā caurumā," sacīja Springelis. “Šis process kavē turpmāku melnā cauruma augšanu un izslēdz kvazāru, tāpat kā zvaigžņu veidošanās apstājas galaktikas iekšienē. Tā rezultātā melnā cauruma masa un zvaigžņu masa galaktikā ir cieši saistītas. Mūsu rezultāti arī pirmo reizi izskaidro, kāpēc kvazāra kalpošanas laiks ir tik īss, salīdzinot ar galaktikas dzīvi. ”
Savās simulācijās Di Matteo, Springel un Hernquist atklāja, ka melnie caurumi mazās galaktikās efektīvāk ierobežo to augšanu nekā lielākās galaktikās. Mazāka galaktika satur mazākus gāzes daudzumus, tāpēc neliels enerģijas daudzums no melnā cauruma var ātri izpūst šo gāzi. Lielā galaktikā melnais caurums var sasniegt lielāku izmēru, pirms apkārtējā gāze tiek pievadīta pietiekami enerģijai, lai pārstātu iekrist. Ar strauji iztērētu gāzi mazākas galaktikas padara mazāk zvaigznes. Ar ilgstošāku gāzes baseinu lielākas galaktikas padara vairāk zvaigznes. Šie atradumi sakrīt ar novēroto saistību starp melnā cauruma lielumu un kopējo zvaigžņu masu galaktikās.
"Mūsu simulācijas parāda, ka pašregulācija kvantitatīvi var ņemt vērā novērotos faktus, kas saistīti ar melnajiem caurumiem un galaktikām," sacīja Hernkvists, Hārvarda Mākslas un zinātnes fakultātes profesors un astronomijas katedras priekšsēdētājs. "Tas sniedz skaidrojumu par kvazāra dzīves ilgumu, un tam vajadzētu ļaut mums saprast, kāpēc kvazāri agrīnajā Visumā bija bagātīgāki nekā mūsdienās."
"Izmantojot šos aprēķinus, mēs tagad redzam, ka melnajiem caurumiem ir milzīga ietekme uz to, kā veidojas un attīstās galaktikas," sacīja Di Matteo. "Līdz šim gūtie panākumi ļaus mums ieviest šos modeļus lielākos imitētos Visumos, lai mēs saprastu, cik lielas melno caurumu un galaktiku populācijas ietekmē viena otru kosmoloģiskā kontekstā."
Komanda veica savas simulācijas ar plašajiem skaitļošanas resursiem Parallel Astrophysical Computing Center Hārvarda-Smitsona astrofizikas centrā un Rechenzentrum der Max-Planck-Gesellschaft Garching.
Oriģinālais avots: Maks Planka institūta jaunumu izlaidums
