Ankstyvosios Visatos iliustracija. Vaizdo kreditas: NASA. Spustelėkite norėdami padidinti.
Viskas prasidėjo seniai, kol Visata buvo labai jauna. Ankstyviausios masyvios selekcininko žvaigždės, jaunystės metu sukietėjusios - verpdamos ir ertdamos tarp sodrių žalių nekaltųjų žolių. Viskam skiriant laiką, branduoliniai varikliai virė didelius karšto vandenilio ir helio dujų srautus, praturtindami tarpžvaigždines terpes. Šios fazės metu supermasyvios žvaigždžių grupės susiformavo mažose kišenėse šalia besiformuojančių galaktikos branduolių - kiekviena klasterė maudėsi mažuose pirmykščių mini halogenų dalykuose.
Baigę ciklą, ankstyviausios selekcininko žvaigždės sprogo ir išskleidė sunkius atomus. Bet prieš tai, kai Visatoje nebuvo sukaupta per daug sunkiųjų medžiagų, ankstyvosios juodosios skylės greitai augo tarpusavio įsisavinimo dėka ir sukaupė pakankamai gravitacinę įtaką, kad „Goldilocks“ tikslios temperatūros ir sudėties dujas pritrauktų į didelius plataus akytojo diskus. Ši superkritinė augimo fazė anksčiausiai subrandino didžiąsias juodąsias skylutes (MBH) ir tapo supermasyviomis juodosiomis skylėmis (SMBH). Iš to ankstyviausi kvazariai apsigyveno daugelio protogalaksijų sulietose mini halogenose.
Šis ankstyvojo kvazaro susidarymo vaizdas susidarė iš naujausio straipsnio (paskelbto 2005 m. Birželio 2 d.) Pavadinimu „Greitas aukštų raudonų poslinkių juodųjų skylių augimas“, kurį parašė Kembridžo JK kosmologai Martin J. Rees ir Marta Volonteri. Šiame tyrime nagrinėjama galimybė, kad trumpas greito SMBH susidarymo langas atsidarė po visuotinio skaidrumo, bet prieš tai, kai tarpžvaigždinėse terpėse esančios dujos buvo visiškai jonizuotos per žvaigždžių spinduliuotę ir supernovų pasėtos sunkiaisiais metalais. „Rees-Volonteri“ modeliu bandoma paaiškinti faktus, išeinančius iš „Sloan Digital Sky Survey“ (SDSS) duomenų rinkinio. Praėjus 1 milijardui metų po Didžiojo sprogimo, jau buvo susiformavusi daugybė labai spinduliuojančių kvazarų. Kiekvienas iš jų turi SMBH, kurių masė viršija 1 milijardą saulės. Jie atsirado dėl „juodųjų sėklų skylių“ - gravitacinių pūslelių, likusių po ankstyvojo supernovų ciklo žlugimo tarp pirmųjų masinių galaktikų grupių. Praėjus vienam milijardui metų po Didžiojo sprogimo, viskas buvo pasibaigusi. Kaip tiek masė galėtų taip greitai kondensuotis į tokius mažus kosmoso regionus?
Pasak Volontari ir Reeso, „norint užauginti tokias sėklas iki 1 milijardo saulės masės reikia beveik nepertraukiamo dujų kaupimosi ...“ Dirbant su tokiu dideliu įsiskverbimo greičiu, faktas, kad medžiagos, patenkančios į juodąją skylę, radiacija paprastai kompensuoja greitą kiekį “. svorio priaugimas". Dauguma SMBH augimo modelių rodo, kad maždaug 30% masės, krintančios link tarpinės (didžiulės - ne supermasyvios) juodosios skylės, virsta radiacija. Tai daro du kartus: Medžiaga, kuri kitaip maitintų MBH, yra prarandama radiacijos, o išorinis radiacijos slėgis slopina papildomų medžiagų žygius į vidų, kad būtų užtikrintas greitas augimas.
Greito SMBH formavimo supratimo pagrindas yra galimybė, kad ankstyvojo diskretiškumo diskai aplink MBH nebuvo optiškai tankesni, nei jie yra šiandien, bet „riebalai“ su nestipriai pasiskirstančiomis medžiagomis. Tokiomis sąlygomis spinduliuotės laisvas kelias yra platesnis ir gali išeiti už diskų ribų, netrukdydamas materijai judėti į vidų. Degalai, skatinantys visą SMBH augimo procesą, gausiai pristatomi į juodosios skylės įvykių horizontą. Tuo tarpu ankstyvojoje epochoje tipinė medžiaga buvo daugiausia monatominis vandenilis ir helis - ne vėlesnės epochos sunkiųjų metalų, turinčių turtingą akrilumą, rūšys. Visa tai rodo, kad ankstyvieji MBH užaugo skubotai, galiausiai priskaičiuodami daugybę visiškai subrendusių kvazarų, matomų SDSS duomenų rinkinyje. Tokie ankstyvieji MBH turėjo turėti masės ir energijos perskaičiavimo koeficientus, būdingus visiškai subrendusiems SMBH, nei šių dienų MBH.
Volontari ir Reesas sako, kad ankstesni tyrėjai įrodė, jog visiškai išsivysčiusių „kvazarų masės energijos konvertavimo efektyvumas yra maždaug 10% ...“. Pora vis dėlto perspėja, kad ši masės ir energijos konvertavimo vertė atsirado atlikus kvazarų tyrimus iš vėlesnio laikotarpio „Universal“. išsiplėtimas ir kad „nieko nežinoma apie pregalaktinių kvazarų radiacinį efektyvumą ankstyvojoje Visatoje“. Dėl šios priežasties „mūsų žemo raudonojo poslinkio visatos vaizdas gali būti netaikomas ankstesniais laikais“. Akivaizdu, kad ankstyvoji Visata buvo tankesnė su medžiagomis, ta medžiaga buvo aukštesnėje temperatūroje, o nemetalų ir metalų santykis buvo didesnis. Visi šie veiksniai sako, kad beveik visi tiksliai spėja, koks yra ankstyvųjų MBH masės energijos konvertavimo efektyvumas. Kadangi dabar turime atsiskaityti, kodėl tarp ankstyvųjų kvazarų egzistuoja tiek daug SMBH, prasminga, kad Volontari ir Rees naudoja tai, ką jie žino apie šių dienų kirpimo diskus, norėdami paaiškinti, kaip jie anksčiau galėjo skirtis.
Ir ankstyviausi laikai - prieš tai, kai daugelio žvaigždžių spinduliuotė vėl jonizuodavo du tarpląstelinius terpelius, pasiūlė sąlygas greitai susiformuoti SMBH. Tokios sąlygos galėjo trukti mažiau nei 100 milijonų metų ir pareikalauti tinkamos temperatūros, tankio, pasiskirstymo ir medžiagos sudėties Visatoje pusiausvyros.
Norėdami gauti visą vaizdą (tokį, koks nutapytas popieriuje), mes pradedame nuo minties, kad ankstyvoji visata buvo apgyvendinta nesuskaičiuojamais skaičiais mini halomis, sudarytomis iš tamsios ir baryoninės medžiagos, o jų viduryje yra labai masyvios, bet nepaprastai tankios žvaigždžių sankaupos. Dėl šių klasterių tankio ir juos sudarančių žvaigždžių masyvumo supernovos greitai išsivystė, kad susidarytų daugybė „juodųjų sėklų skylių“. Šie sėklų BH susimaišė į masyvias juodąsias skyles. Tuo tarpu gravitacijos jėgos ir tikri judesiai greitai sujungė įvairius mažuosius halus. Tai sukūrė vis masyvesnius halus, galinčius maitinti MBH.
Ankstyvojoje Visatoje materija, esanti MBH aplinką, susidarė kaip didžiuliai metalų neturtingi vandenilio sferoidai ir helis, kurių vidutinė temperatūra buvo apie 8000 laipsnių Kelvino. Esant tokiai aukštai temperatūrai, atomai išlieka jonizuoti. Dėl jonizacijos buvo mažai elektronų, susijusių su atomais, kad jie veiktų kaip fotonų spąstai. Spinduliuotės slėgio poveikis sumažėjo iki vietos, kur materija lengviau pateko į juodųjų skylių įvykių horizontą. Tuo tarpu laisvieji elektronai patys išsklaido šviesą. Dalis tos šviesos iš tikrųjų vėl spinduliuoja link kaupimosi disko, o kitas energijos šaltinis - energijos pavidalu - maitina sistemą. Galiausiai sunkiųjų metalų, tokių kaip deguonis, anglis ir azotas, trūkumas reiškia, kad monotominiai atomai išlieka karšti. Temperatūrai nukritus žemiau 4000 laipsnių K, atomai dejonizuojasi ir vėl patiria radiacijos slėgį, mažindami šviežių medžiagų, patenkančių į BH įvykių horizontą, srautus. Visos šios grynai fizinės savybės turėjo tendenciją sumažinti energijos vartojimo efektyvumo koeficientus - tai leido MBH greitai priaugti svorio.
Tuo metu, kai susimaišė mini halos, karšta barionų medžiaga kondensavosi į didžiulius „storus“ diskus - ne plonus žiedus, matomus aplink SMBH. Taip atsitiko dėl to, kad pati halogeninė medžiaga visiškai apėmė greitai augančius MBH. Šis sferoidinis medžiagos pasiskirstymas užtikrino nuolatinį šviežios, karštos, grynos medžiagos šaltinį, kuris paduoda įbrėžimo diską iš įvairių kampų. Storieji diskai reiškė didesnį medžiagų kiekį esant mažesniam optiniam tankiui. Vėlgi, materijai pavyko išvengti „saulės burės“ tolyn nuo besitęsiančio MBH ženklo, o masės ir energijos perskaičiavimo santykiai sumažėjo.
Abu veiksniai - riebalų diskai ir jonizuoti, mažos masės atomai - teigia, kad ankstyvosios žaliosios Visatos aukso amžiuje MBH greitai augo. Per vieną milijardą metų nuo Didžiojo sprogimo jie įsitvirtino palyginti ramioje brandoje, efektyviai paversdami materiją šviesa ir išmesdami tą šviesą plačiais laiko ir erdvės pasiekimais į potencialiai nuolat besiplečiančią Visatą.
Parašė Jeffas Barboras
