Što je hranilo rane crne rupe omogućujući njihov vrlo brz rast? Novo otkriće koje su napravili istraživači sa Sveučilišta Carnegie Mellon koristeći kombinaciju superkompjuterskih simulacija i tehnologije GigaPan Time Machine pokazuje da je dijeta kozmičke „brze hrane“ (tanki tokovi hladnog plina) nekontrolirano tekla u središte prvih crnih rupa uzrokujući njih treba „nadimiti“ i rasti brže od bilo čega drugog u Svemiru.
Kad je naš Svemir bio mlad, manje od milijardu godina nakon Velikog praska, galaksije su se tek počele formirati i rasti. Prema ranijim teorijama, crne su rupe u to vrijeme trebale biti jednako malene. Podaci iz Sloan Digital Sky Survey pokazali su suprotno dokaz - supermasivne crne rupe postojale su već 700 milijuna godina nakon Velikog praska.
„Istraživanje Sloan Digital Sky pokazalo je supermasivne crne rupe u manje od milijardu godina. Oni su iste veličine kao i danas najmasovnije crne rupe, stare 13,6 milijardi godina, “rekla je Tiziana Di Matteo, izvanredna profesorica fizike (Sveučilište Carnegie Mellon). "Bila je to zagonetka. Zašto se neke crne rupe formiraju tako rano kada je potrebno čitavo doba svemira da drugi dostignu istu masu? "
Supermasivne crne rupe najveće su postojeće crne rupe - s masom koja je bila milijarda puta veća od Sunca. Većina "normalnih" crnih rupa samo su oko 30 puta masivnija od Sunca. Trenutačno prihvaćeni mehanizam za stvaranje supermasivne crne rupe je kroz galaktička spajanja. Jedan problem ove teorije i kako se ona primjenjuje na rane supermasivne crne rupe jest taj što u ranom Svemiru nije bilo puno galaksija i one su bile previse udaljene jedna od druge da bi se spojile.
Rupert Croft, izvanredni profesor fizike (Sveučilište Carnegie Mellon) napomenuo je: "Ako napišete jednadžbe o tome kako se formiraju galaksije i crne rupe, ne čini se da bi se te ogromne mase mogle formirati tako rano, ali gledamo u nebo i Evo ih."
U nastojanju da razumiju procese koji su formirali rane supermasivne crne rupe, Di Matteo, Croft i Khandai stvorili su MassiveBlack - najveću kozmološku simulaciju do sada. Svrha MassiveBlacka je točno simulirati prvih milijardu godina našeg svemira. Opisujući MassiveBlack, Di Matteo je napomenuo: „Ova je simulacija doista gigantska. Najveći je u pogledu fizičke razine i stvarnog volumena. To smo učinili jer nas je zanimalo gledati rijetke stvari u svemiru, poput prve crne rupe. Budući da su toliko rijetke, morate pretražiti veliku količinu prostora ".
Croft i tim započeli su simulacije koristeći poznate modele kozmologije temeljene na teorijama i zakonima fizike modernog dana. "Nismo stavljali ništa ludo. Nema čarobne fizike, nema dodatnih stvari. To je ista fizika koja tvori galaksije u simulacijama kasnijeg svemira, "rekao je Croft. "Ali čarobno, pojavljuju se ovi rani kvazari, baš kao što je to opaženo. Nismo znali da će se pojaviti. Bilo je nevjerojatno izmjeriti njihove mase i ići 'Wow! Točne su veličine i prikazuju se u pravom trenutku. To je uspješna priča suvremene teorije kozmologije. "
Podaci iz MassiveBlacka dodani su projektu GigaPan Time Machine. Kombinirajući MassiveBlack podatke s projektom GigaPan Time Machine, istraživači su mogli vidjeti simulaciju kao da je film - lako se pomičući kroz simulirani svemir kako se formira. Kad je tim primijetio događaje koji su se činili zanimljivim, mogli su i zumirati kako bi vidjeli događaje detaljnije od onoga što su mogli vidjeti u našem vlastitom svemiru pomoću zemaljskih ili svemirskih teleskopa.
Kad je tim zumirao u stvaranju prvih supermasivnih crnih rupa, vidjeli su nešto neočekivano. Normalna opažanja pokazuju da kada hladni plin teče prema crnoj rupi, zagrijava se od sudara s ostalim obližnjim molekulama plina, a zatim se hladi prije ulaska u crnu rupu. Poznat i kao "udarno zagrijavanje", proces je trebao zaustaviti rane crne rupe da dosegnu opažene mase. Umjesto toga, tim je promatrao tanke struje hladnog guste plinove koji struji duž „niti“ viđenih u velikim istraživanjima koja otkrivaju strukturu našeg svemira. Vlakna su omogućila da se plin nevjerojatnom brzinom odvodi izravno u središte crnih rupa, pružajući im hladnu, brzu hranu. Stalna, ali nekontrolirana potrošnja, osigurala je mehanizam da crne rupe rastu mnogo brže od onih njihovih domaćin galaksija.
Otkrića će biti objavljena u Astrophysical Journal Letters.
Ako želite čitati više, pogledajte dolje objavljene radove (putem Physics arXiv):
Terapikselsko snimanje kozmoloških simulacija
Stvaranje galaksija koje ugošćuju z ~ 6 Kvazara
Rane crne rupe u kozmološkim simulacijama
Hladni tokovi i prvi kvazi
Saznajte više o Gigapanu i MassiveBlacku na: http://gigapan.org/gigapans/76215/ i http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Izvor: Priopćenje za sveučilište Carnegie Mellon
