Hvordan ble universets første supermassive sorte hull dannet? En ny modell av utviklingen av galakser og sorte hull viser kollisjoner som viser at kolliderende galakser sannsynligvis skapte sorte hull som dannet seg for rundt 13 milliarder år siden. Oppdagelsen fyller ut et manglende kapittel i universets tidlige historie, og kan bidra til å skrive det neste kapittelet - hvor forskere bedre forstår hvordan tyngdekraft og mørk materie dannet universet slik vi kjenner det.
Etter den nylige oppdagelsen om at galakser dannet seg mye tidligere i universets historie enn tidligere antatt, skapte Stelios Kazantzidis fra Ohio State University og teamet hans nye datasimuleringer som viser at de første supermasse svarte hullene sannsynligvis ble født da de tidlige galaksene kolliderte og fusjonerte sammen. Dette skjedde sannsynligvis i løpet av de første milliarder årene etter Big Bang.
"Resultatene våre legger til en ny milepæl til den viktige erkjennelsen av hvordan struktur dannes i universet," sa Kazantzidis.
Tidligere trodde astronomer at galakser utviklet seg hierarkisk, hvor tyngdekraften samlet små biter av materie først, og de små bitene gradvis kom sammen for å danne større strukturer.
Men de nye modellene snur forestillingen på hodet.
”Sammen med disse andre funnene viser resultatet at store strukturer - både galakser og massive sorte hull - raskt bygger seg opp i universets historie,” sa han. “Utrolig nok er dette i strid med hierarkisk strukturdannelse. Paradokset løses når man innser at mørk materie vokser hierarkisk, men vanlig materie gjør det ikke. Den normale saken som utgjør synlige galakser og supermassive sorte hull kollapser mer effektivt, og dette var tilfelle også da universet var veldig ungt, noe som ga opphav til anti-hierarkisk dannelse av galakser og sorte hull. ”
Så det betyr at store galakser og supermassive sorte hull kommer raskt sammen, og mindre biter som vår egen Melkeveisgalakse - og det forholdsvis lille sorte hullet i sentrum - dannes saktere. Galaksiene som dannet de første supermassive sorte hullene er fortsatt rundt, sa Kazantzidis.
De nye simuleringene gjort på superdatamaskiner var i stand til å løse funksjoner som var 100 ganger mindre, og avslørte detaljer i hjertet av de sammenslåtte galaksene i en skala fra mindre enn et lysår.
På grunn av dette kunne astronomene se to ting: For det første kondenserte gass og støv i sentrum av galaksen for å danne en tett kjernefysisk skive. Da ble disken ustabil, og gassen og støvet trakk seg sammen igjen, for å danne en enda tettere sky som til slutt gyte et supermassivt svart hull.
Implikasjonene for kosmologi er vidtrekkende, sa Kazantzidis.
“For eksempel må standardideen - at en galakse egenskaper og massen til det sentrale sorte hullet henge sammen fordi de to vokser parallelt - måtte revideres. I vår modell vokser det sorte hullet mye raskere enn galaksen. Så det kan være at det sorte hullet ikke reguleres i det hele tatt av galaksenes vekst. Det kan være at galaksen blir regulert av veksten av det sorte hullet. ”
Denne nye modellen kan også hjelpe astronomer som søker himmelen etter direkte bevis på Einsteins teori om generell relativitet: gravitasjonsbølger.
I henhold til generell relativitet, ville enhver gammel galakssammenslåing ha skapt massive tyngdekraftsbølger - krusninger i romtidskontinuumet - hvis rester skulle fortsatt være synlige i dag.
Nye gravitasjonsbølgedetektorer, for eksempel NASAs Laserinterferometer Space Antenna, ble designet for å oppdage disse bølgene direkte, og åpne et nytt vindu i astrofysiske og fysiske fenomener som ikke kan studeres på andre måter.
Forskere vil trenge å vite hvordan supermassive sorte hull dannet i det tidlige universet og hvordan de er distribuert i verdensrommet i dag for å tolke resultatene fra disse eksperimentene. De nye datasimuleringene skal gi en pekepinn.
Se denne lenken for videoer av modellene av galakskollisjoner.
Kilde: Ohio State University
