Kas maitino ankstyvas juodąsias skylutes, leidžiančias labai greitai augti? Naujas atradimas, kurį padarė Carnegie Mellon universiteto tyrėjai, naudodamas superkompiuterio modeliavimo ir „GigaPan Time Machine“ technologijos derinį, rodo, kad kosminio „greito maisto“ (ploni šaltų dujų srautai) dieta nevaldomai tekėjo į pirmųjų juodųjų skylių centrą, sukeldama jie turi būti „pakeisti“ ir augti greičiau nei visa kita Visatoje.
Kai mūsų Visata buvo jauna, mažiau nei milijardą metų po Didžiojo sprogimo, galaktikos tik pradėjo formuotis ir augti. Remiantis ankstesnėmis teorijomis, juodosios skylės tuo metu turėjo būti tokios pat mažos. „Sloan“ skaitmeninio dangaus tyrimo duomenys parodė priešingai - didžiulės juodosios skylės egzistavo jau 700 milijonų metų po Didžiojo sprogimo.
„„ Sloan “skaitmeninio dangaus tyrimas aptikė nepaprastas juodąsias skyles mažiau nei per 1 milijardą metų. Jie buvo tokio paties dydžio kaip šių dienų masyviausios juodosios skylės, kurioms yra 13,6 milijardo metų “, - teigė Tiziana Di Matteo, fizikos docentė (Carnegie Mellon universitetas). „Tai buvo dėlionė. Kodėl kai kurios juodosios skylės susidaro taip anksti, kai reikia visatos amžiaus, kad kiti pasiektų tą pačią masę? “
Supermasyvios juodosios skylės yra didžiausios egzistuojančios juodosios skylės - jos sveria milijardus kartų daugiau nei Saulė. Dauguma „normalių“ juodųjų skylių yra tik apie 30 kartų masyvesnės už Saulę. Šiuo metu priimtas supermasyvių juodųjų skylių susidarymo mechanizmas yra galaktikų susijungimas. Viena iš šios teorijos problemų ir kaip ji taikoma ankstyvosiose supermasyviosiose juodosiose skylėse yra ta, kad ankstyvajame Visatoje nebuvo daug galaktikų ir jos buvo per daug nutolusios viena nuo kitos, kad susijungtų.
Rupertas Croftas, fizikos docentas (Carnegie Mellono universitetas), pažymėjo: „Jei parašytumėte lygtis, kaip formuojasi galaktikos ir juodosios skylės, neatrodo, kad šios didžiulės masės galėtų susidaryti taip anksti, bet mes žiūrime į dangų ir Štai ir jie."
Stengdamiesi suprasti procesus, iš kurių susiformavo ankstyvosios supermasyviosios juodosios skylės, Di Matteo, Croft ir Khandai sukūrė „MassiveBlack“ - didžiausią iki šiol kosmologinį modeliavimą. „MassiveBlack“ tikslas yra tiksliai imituoti pirmuosius milijardus metų mūsų Visatoje. Aprašydamas „MassiveBlack“, Di Matteo pastebėjo: „Šis modeliavimas yra išties milžiniškas. Tai yra didžiausias pagal fizikos lygį ir tikrąją apimtį. Mes tai padarėme todėl, kad mums buvo įdomu pažvelgti į retus visatos dalykus, tokius kaip pirmosios juodosios skylės. Kadangi jie yra tokie reti, jums reikia ieškoti per didelę erdvę “.
Croft ir komanda pradėjo modeliavimą, naudodami žinomus kosmologijos modelius, pagrįstus šiuolaikinės fizikos teorijomis ir įstatymais. „Nieko neįtarėme. Nėra stebuklingos fizikos ir jokių papildomų dalykų. Vėlesnės visatos modeliavimas yra ta pati fizika, kuri formuoja galaktikas “, - sakė C. Croftas. „Bet stebuklingai atrodo, kad šie ankstyvieji kvazariai, kaip buvo pastebėta. Mes nežinojome, kad jie pasirodys. Buvo nuostabu išmatuoti jų mases ir eiti „Oho! Tai tiksliai tikslus dydis ir rodomi tiksliai reikiamu metu. "Tai yra šiuolaikinės kosmologijos teorijos sėkmės istorija."
„MassiveBlack“ duomenys buvo įtraukti į „GigaPan Time Machine“ projektą. Derindami „MassiveBlack“ duomenis su „GigaPan Time Machine“ projektu, tyrėjai sugebėjo pamatyti modeliavimą taip, lyg tai būtų filmas - lengvai panoramą modeliuojamoje visatoje, kai ji formavosi. Kai komanda pastebėjo įvykius, kurie pasirodė įdomūs, jie taip pat sugebėjo priartinti, norėdami pamatyti įvykius išsamiau nei tai, ką jie galėjo pamatyti mūsų visatoje su žemės ar kosminiais teleskopais.
Kai komanda priartėjo prie pirmųjų supermasyvių juodųjų skylių sukūrimo, jie pamatė kažką netikėto. Įprasti stebėjimai rodo, kad šaltos dujos teka link juodosios skylės ir yra kaitinamos iš susidūrimų su kitomis šalia esančiomis dujų molekulėmis, tada atvėsta prieš patenkant į juodąją skylę. Procesas, žinomas kaip „šildantis smūgis“, turėjo sustabdyti ankstyvųjų juodųjų skylių pasiekimą stebimose masėse. Vietoj to, komanda stebėjo plonus šaltų tankių dujų srautus, tekančius palei „gijas“, kuriuos matė didelio masto tyrimai, atskleidžiantys mūsų visatos struktūrą. Kaitinimo siūlai neįtikėtinu greičiu leido dujoms tekėti tiesiai į juodųjų skylių centrą, aprūpindami jas šaltu, greitu maistu. Pastovus, bet nekontroliuojamas vartojimas sudarė galimybę juodosioms skylėms augti daug greičiau nei jų priimančiose galaktikose.
Išvados bus paskelbtos leidinyje „Astrophysical Journal Letters“.
Jei norite skaityti daugiau, peržiūrėkite toliau pateiktus dokumentus (per „Physics arXiv“):
Kosmologinių simuliacijų vaizdavimas pikselių taškais
„Galaktikų“ formavimas, talpinantis z ~ 6 kvazarus
Ankstyvosios juodosios skylės kosmologiniame modeliavime
Šalti srautai ir pirmieji kvazariai
Sužinokite daugiau apie „Gigapan“ ir „MassiveBlack“: http://gigapan.org/gigapans/76215/ ir http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Šaltinis: Carnegie Mellon universiteto pranešimas spaudai
