Naudodami naują kompiuterinį galaktikų susidarymo modelį, tyrėjai įrodė, kad augančios juodosios skylės išskiria energijos sprogimą, kuris iš esmės reguliuoja galaktikų evoliuciją ir pačių juodųjų skylių augimą. Anot jo kūrėjų, modelis pirmą kartą paaiškina pastebėtus reiškinius ir žada pateikti gilesnį supratimą apie mūsų supratimą apie galaktikų susidarymą ir juodųjų skylių vaidmenį per visą kosminę istoriją. Rezultatas buvo išleistas Carnegie Mellon universiteto astrofizikės Tiziana Di Matteo ir jos kolegų būnant Max Plancko instituto kailio astrofizikoje Vokietijoje. „Di Matteo“ bendradarbiai yra Volkeris Springelis Makso Planko astrofizikos institute ir Larsas Hernquistas Harvardo universitete.
„Pastaraisiais metais mokslininkai pradėjo vertinti, kad bendra žvaigždžių masė šių dienų galaktikose tiesiogiai atitinka galaktikos juodosios skylės dydį, tačiau iki šiol niekas negalėjo atsiskaityti už šį stebėtą santykį“, - sakė Di Matteo, Carnegie Mellon fizikos profesorius. „Naudodamiesi mūsų modeliavimu, gavome visiškai naują būdą ištirti šią problemą“.
Raktas tyrėjams? proveržis įtraukė juodųjų skylių dinamikos skaičiavimus į kompiuterinį galaktikų susidarymo modelį.
Kadangi galaktikos susiformavo ankstyvojoje visatoje, greičiausiai jų centruose buvo mažos juodosios skylės. Įprastame galaktikų formavimosi scenarijuje galaktikos auga, susiliedamos viena su kita traukdamos gravitaciją. Proceso metu juodosios skylės jų centre susilieja ir greitai išauga, kad jų stebimos masės būtų milijardą kartų didesnės už Saulę; vadinasi, jie vadinami supermasyviosiomis juodosiomis skylėmis. Taip pat susijungimo metu dauguma žvaigždžių susidaro iš turimų dujų. Šiandieninės galaktikos ir jų centrinės juodosios skylės turi būti tokių įvykių serijos rezultatas.
Di Matteo ir jos kolegos imitavo dviejų besiformuojančių galaktikų susidūrimą ir nustatė, kad kai abi galaktikos susiliejo, jų dvi supermasyvios juodosios skylės susiliejo ir iš pradžių sunaudojo aplinkines dujas. Bet ši veikla buvo apsiribojanti. Kai likusios galaktikos supermasyvi juodoji skylė išsiurbė dujas, ji maitino liuminescencinę būseną, vadinamą kvazaru. Kvazaras suaktyvino aplinkines dujas iki tokio lygio, kad jos buvo išpūstos iš supermasyviosios juodosios skylės apylinkių į galaktikos išorę. Be netoliese esančių dujų, didžiosios galaktikos juodoji skylė negalėjo „suvalgyti“ savęs išlaikyti ir tapo ramybės būsenoje. Tuo pačiu metu dujos nebebuvo prieinamos, kad suformuotų daugiau žvaigždžių.
„Mes sužinojome, kad energija, kurią kvazarinės fazės metu išskiria juodosios skylės, stiprina stiprų vėją, neleidžiantį medžiagai patekti į juodąją skylę“, - teigė Springelis. „Šis procesas slopina tolesnį juodosios skylės augimą ir išjungia kvazarą, lygiai taip, kaip žvaigždės susiformuoja galaktikos viduje. Dėl to juodosios skylės ir žvaigždžių masė galaktikoje yra glaudžiai susijusios. Mūsų rezultatai taip pat pirmą kartą paaiškina, kodėl kvazaro gyvavimo trukmė yra tokia trumpa, palyginti su galaktikos gyvenimu. “
Savo modeliavime Di Matteo, Springel ir Hernquist nustatė, kad juodosios skylės mažose galaktikose savaime riboja jų augimą, nei didesnių galaktikų. Mažesnėje galaktikoje yra mažesnis dujų kiekis, todėl nedidelis energijos kiekis iš juodosios skylės gali greitai jas išpūsti. Didelėje galaktikoje juodoji skylė gali pasiekti didesnį dydį, kol jos aplinkinės dujos bus pakankamai energetinės, kad nustotų įkristi. Kadangi greitai sunaudojamos dujos, mažesnės galaktikos padaro mažiau žvaigždžių. Turėdami ilgesnį dujų baseiną, didesnės galaktikos padaro daugiau žvaigždžių. Šie radiniai atitinka stebėtą juodosios skylės dydžio ir visos žvaigždžių masės galaktikose santykį.
„Mūsų modeliavimas rodo, kad savireguliacija gali kiekybiškai atspindėti pastebėtus faktus, susijusius su juodosiomis skylėmis ir galaktikomis“, - sakė Hernquist, profesorius ir astronomijos katedros vedėjas Harvardo Menų ir mokslų fakultete. „Tai paaiškina kvazaro gyvavimo pradžią ir turėtų mums leisti suprasti, kodėl ankstyvojoje visatoje kvazarų buvo daugiau nei dabar.“
„Remdamiesi šiais skaičiavimais, dabar matome, kad juodosios skylės turi turėti didžiulį poveikį galaktikų formavimosi ir raidos būdui“, - teigė Di Matteo. „Iki šiol gautos sėkmės leis mums įgyvendinti šiuos modelius didesniuose modeliuojamose visatose, kad galėtume suprasti, kaip didelės juodųjų skylių ir galaktikų populiacijos daro įtaką viena kitai kosmologiniame kontekste“.
Komanda modeliavo naudodama daugybę Parallel Astrophysical Computing centro Harvardo-Smithsonian astrofizikos centro ir Rechenzentrum der Max-Planck-Gesellschaft kompiuterių išteklius.
Originalus šaltinis: Makso Plancko instituto pranešimas spaudai
