Hva matet tidlige sorte hull som muliggjorde veldig rask vekst? En ny oppdagelse gjort av forskere ved Carnegie Mellon University ved bruk av en kombinasjon av superdatasimuleringer og GigaPan Time Machine-teknologi viser at et kosthold med kosmisk "fast food" (tynne strømmer av kald gass) strømmet ukontrollert inn i sentrum av de første sorte hullene, og forårsaker dem for å bli “overordnede” og vokse raskere enn noe annet i universet.
Da universet vårt var ung, mindre enn en milliard år etter Big Bang, begynte galakser å danne seg og vokse. I følge tidligere teorier skal sorte hull på den tiden ha vært like små. Data fra Sloan Digital Sky Survey har vist bevis på det motsatte - supermassive sorte hull eksisterte allerede i 700 millioner år etter Big Bang.
Sloan Digital Sky Survey fant supermassive sorte hull på under 1 milliard år. De hadde samme størrelse som dagens mest massive sorte hull, som er 13,6 milliarder år gamle, sier Tiziana Di Matteo, førsteamanuensis i fysikk (Carnegie Mellon University). “Det var et puslespill. Hvorfor dannes det noen sorte hull så tidlig når det tar hele verdensalderen for andre å nå samme masse? ”
Supermassive sorte hull er de største sorte hullene som eksisterer - veier inn med masser milliarder ganger solenes masse. De fleste "normale" sorte hull er bare omtrent 30 ganger mer massive enn solen. Den nå aksepterte mekanismen for dannelse av supermassive sorte hull er gjennom galaktiske fusjoner. Et problem med denne teorien og hvordan den gjelder for tidlige supermassive sorte hull, er at i det tidlige universet var det ikke mange galakser, og de var for fjernt fra hverandre til å slå seg sammen.
Rupert Croft, førsteamanuensis i fysikk (Carnegie Mellon University), sa: "Hvis du skriver likningene for hvordan galakser og sorte hull dannes, ser det ikke ut til at disse enorme massene kan danne seg så tidlig, men vi ser mot himmelen og der er de. ”
I et forsøk på å forstå prosessene som dannet de tidlige supermassive sorte hullene, skapte Di Matteo, Croft og Khandai MassiveBlack - den hittil største kosmologiske simuleringen. Formålet med MassiveBlack er å simulere de første milliarder årene av universet vårt nøyaktig. Di Matteo beskrev MassiveBlack og sa: “Denne simuleringen er virkelig gigantisk. Det er det største når det gjelder fysikknivå og faktisk volum. Det gjorde vi fordi vi var interessert i å se på sjeldne ting i universet, som de første sorte hullene. Fordi de er så sjeldne, må du søke over et stort volum med plass ”.
Croft og teamet startet simuleringene ved å bruke kjente modeller for kosmologi basert på teorier og lover i dagens fysikk. "Vi la ikke noe sprøtt i. Det er ingen magisk fysikk, ingen ekstra ting. Det er den samme fysikken som danner galakser i simuleringer av det senere universet, ”sa Croft. ”Men på magisk vis dukker disse tidlige kvasarene opp, akkurat som man hadde observert. Vi visste ikke at de kom til å dukke opp. Det var fantastisk å måle massene deres og gå ‘Wow! Dette er den nøyaktige størrelsen og vises nøyaktig til rett tid. 'Det er en suksesshistorie for den moderne kosmologiteorien.'
Dataene fra MassiveBlack ble lagt til GigaPan Time Machine-prosjektet. Ved å kombinere MassiveBlack-dataene med GigaPan Time Machine-prosjektet, kunne forskere se på simuleringen som om det var en film - enkelt panorering over det simulerte universet som den dannet. Da teamet la merke til hendelser som virket interessante, kunne de også zoome inn for å se hendelsene mer detaljert enn hva de kunne se i vårt eget univers med bakkebord eller rombaserte teleskoper.
Da teamet zoomet inn på opprettelsen av de første supermassive sorte hullene, så de noe uventet. Normale observasjoner viser at når kald gass strømmer mot et svart hull, blir det varmet opp fra kollisjoner med andre nærliggende gassmolekyler, for deretter å kjøle seg ned før det kommer inn i det sorte hullet. Prosessen, som ble kjent som ‘sjokkoppvarming’, skal ha stoppet tidlige sorte hull fra å nå massene som ble observert. I stedet observerte teamet tynne strømmer av kald tett gass som strømmet langs ‘filamenter’ sett i storskala undersøkelser som avslører strukturen i universet vårt. Filamentene tillot gassen å strømme direkte inn i sentrum av de svarte hullene med utrolig hastighet, og ga dem kald, hurtigmat. Det jevne, men ukontrollerte forbruket ga en mekanisme for at de svarte hullene vokste mye raskere enn vertsgalaksenes.
Funnene vil bli publisert i Astrophysical Journal Letters.
Hvis du vil lese mer, sjekk ut papirene nedenfor (via Physics arXiv):
Terapixel avbildning av kosmologiske simuleringer
The Formation of Galaxies Hosting z ~ 6 Quasars
Tidlige sorte hull i kosmologiske simuleringer
Cold Flows og de første kvasarene
Lær mer om Gigapan og MassiveBlack på: http://gigapan.org/gigapans/76215/ og http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Kilde: Carnegie Mellon University Press Release
