Koristeći novi računalni model formiranja galaksija, istraživači su pokazali da rastuće crne rupe oslobađaju eksploziju energije koja temeljno regulira evoluciju galaksije i sam rast crne rupe. Model objašnjava prvi put promatrane pojave i obećava da će pružiti dublji uvid u naše razumijevanje formiranja galaksija i uloge crnih rupa u kozmičkoj povijesti, kako tvrde njeni tvorci. Objavljeni u časopisu Nature, 10. veljače, rezultate je generirala astrofizičarka Sveučilišta Carnegie Mellon Tiziana Di Matteo i njezine kolege dok su boravili na Institutu Max Planck Astrophysik u Njemačkoj. Di Matteovi suradnici uključuju Volkera Springela iz Max-Planck instituta za astrofiziku i Lars Hernquista na Sveučilištu Harvard.
"Posljednjih godina naučnici su počeli shvaćati da ukupna masa zvijezda u današnjim galaksijama direktno odgovara veličini crne rupe galaksije, ali do sada nitko nije mogao objasniti ovaj promatrani odnos", rekao je Di Matteo, docent fizike na Carnegie Mellon. "Pomoću naših simulacija dao nam je potpuno novi način da istražimo ovaj problem."
Ključ istraživača? proboj je uključivanje proračuna za dinamiku crnih rupa u računalni model formiranja galaksija.
Kako su se galaksije formirale u ranom svemiru, vjerojatno su u svojim središtima sadržavale male crne rupe. U standardnom scenariju formiranja galaksija, galaksije rastu spajajući se jedna s drugom povlačenjem gravitacije. U tom se procesu crne rupe u njihovom središtu spajaju i brzo rastu kako bi dostigle svoju promatranu masu milijardu puta veću od Sunca; stoga se nazivaju supermasivne crne rupe. Također u vrijeme spajanja, većina zvijezda formira se iz raspoloživog plina. Današnje galaksije i njihove središnje crne rupe moraju biti rezultat niza takvih događaja.
Di Matteo i njezini kolege simulirali su sudar dviju urođenih galaksija i otkrili da su se dvije supermasivne crne rupe, kad se dvije galaksije spoje, spojile i u početku konzumirale okolni plin. Ali ta se aktivnost ograničavala. Kako je ostatak galaksije, supermasivna crna rupa usisavala plin, snabdijevala je luminescentnim stanjem zvanim kvazar. Kvazar je energizirao okolni plin do te razine da se otpuhao iz blizine supermasivne crne rupe prema vanjskoj strani galaksije. Bez plina u blizini, supermasivna crna rupa galaksije ne bi mogla "jesti" da se održi i postala uspavana. U isto vrijeme, plin više nije bio dostupan za stvaranje više zvijezda.
"Otkrili smo da energija koju crne rupe oslobađaju tijekom kvazarne faze pokreće snažan vjetar koji sprečava da materijal padne u crnu rupu", rekao je Springel. "Ovaj proces koči daljnji rast crnih rupa i isključuje kvazar, baš kad se stvaranje zvijezda zaustavlja unutar galaksije. Kao rezultat toga, masa crne rupe i masa zvijezda u galaksiji usko su povezane. Naši rezultati također prvi put objašnjavaju zašto je vijek kvazara tako kratka faza u usporedbi s životom galaksije. "
Di Matteo, Springel i Hernquist su u svojim simulacijama utvrdili da crne rupe u malim galaksijama samo ograničavaju svoj rast učinkovitije nego u onima u većim galaksijama. Manja galaksija sadrži manje količine plina tako da mala količina energije iz crne rupe može brzo ispuhati taj plin. U velikoj galaksiji crna rupa može doseći veću veličinu prije nego što je okolni plin dovoljno energiziran da prestane padati. Svojim plinovima koji se brzo troše, manje galaksije čine manje zvijezda. Uz dugoživiji bazen plina, veće galaksije čine više zvijezda. Ovi nalazi se podudaraju s promatranim odnosom veličine crne rupe i ukupne mase zvijezda u galaksijama.
"Naše simulacije pokazuju da samoregulacija može kvantitativno objasniti promatrane činjenice povezane s crnim rupama i galaksijama", rekao je Hernquist, profesor i predsjedatelj astronomije na Fakultetu umjetnosti i znanosti na Harvardu. "Pruža objašnjenje podrijetla života kvazara i trebalo bi nam omogućiti da shvatimo zašto su kvazari bili raniji u ranom svemiru nego danas."
"S ovim proračunima sada vidimo da crne rupe moraju imati ogroman utjecaj na način na koji se galaksije formiraju i razvijaju", rekao je Di Matteo. "Dosadašnji uspjesi omogućit će nam implementaciju ovih modela u veće simulirane svemire, tako da možemo shvatiti kako velike populacije crnih rupa i galaksija utječu jedna na drugu u kosmološkom kontekstu."
Tim je izveo svoje simulacije opsežnim računalnim resursima Centra za paralelno astrofizičko računanje pri Harvard-Smithsonian Centru za astrofiziku i na Rechenzentrum der Max-Planck-Gesellschaft u Garchingu.
Izvorni izvor: Objava vijesti Instituta Max Planck
