Як утворилися перші надмасивні чорні діри Всесвіту? Нова модель еволюції галактик і чорних дір показує, що зіткнення показують, що зіткнення галактик, ймовірно, породило чорні діри, що утворилися близько 13 мільярдів років тому. Це відкриття заповнює відсутню главу ранньої історії нашого Всесвіту і може допомогти написати наступний розділ - в якому вчені краще зрозуміють, як гравітація і темна речовина формували Всесвіт, як ми його знаємо.
Після нещодавнього відкриття, що галактики утворилися набагато раніше в історії Всесвіту, ніж раніше вважалося, Стеліос Казанцідіс з Університету штату Огайо та його команда створили нові комп'ютерні симуляції, які показують, що перші в історії супермасивні чорні діри, ймовірно, народилися, коли ці ранні галактики зіткнулися і злилися разом. Це, швидше за все, сталося протягом перших кількох мільярдів років після Великого вибуху.
"Наші результати додають нову віху важливому усвідомленню того, як формується структура у Всесвіті", - сказав Казанцидіс.
Раніше астрономи вважали, що галактики розвиваються ієрархічно, де гравітація спочатку витягує невеликі шматочки речовини, і ті маленькі шматочки поступово збираються разом, утворюючи більші структури.
Але нові моделі повертають це поняття на голову.
"Разом з цими іншими відкриттями наш результат показує, що великі структури - і галактики, і масивні чорні діри - швидко розвиваються в історії Всесвіту", - сказав він. «Дивно, але це суперечить формуванню ієрархічної структури. Парадокс вирішується, як тільки зрозумієш, що темна матерія росте ієрархічно, але звичайна матерія - ні. Нормальна матерія, що утворює видимі галактики і надмасивні чорні діри, руйнується ефективніше, і це було справедливо і тоді, коли Всесвіт був дуже молодим, породжуючи антиієрархічне утворення галактик і чорних дір. "
Отже, це означає, що великі галактики і надмасивні чорні діри збираються швидко, а більш дрібні шматочки, як наша власна галактика Чумацький Шлях - і порівняно невелика чорна діра в центрі - утворюються повільніше. Галактики, які утворили ці перші надмасивні чорні діри, все ще є навколо, сказав Казанцидіс.
Нові симуляції, зроблені на суперкомп'ютерах, змогли вирішити функції, які були в 100 разів меншими, і виявили деталі в самому центрі об'єднаних галактик у масштабі менше, ніж за світловий рік.
Через це астрономам вдалося побачити дві речі: По-перше, газ і пил у центрі галактик конденсуються, утворюючи щільний ядерний диск. Потім диск став нестабільним, і газ і пил знову стискалися, утворюючи ще щільнішу хмару, яка врешті породила надмасивну чорну діру.
На думку Казанцидіса, наслідки для космології є далекосяжними.
"Наприклад, стандартна ідея - властивості галактики та маса її центральної чорної діри пов'язані через те, що обидві ростуть паралельно - доведеться переглянути. У нашій моделі чорна діра росте набагато швидше, ніж галактика. Тож може бути, що чорна діра зовсім не регулюється зростанням галактики. Можливо, галактика регулюється зростанням чорної діри ».
Ця нова модель також може допомогти астрономам, які шукають небо для отримання прямих доказів теорії загальної відносності Ейнштейна: гравітаційні хвилі.
Відповідно до загальної відносності, будь-яке давнє злиття галактик створило б масивні гравітаційні хвилі - пульсації в просторі та часі, залишки яких мають бути видні й сьогодні.
Нові гравітаційні детектори хвиль, такі як космічна антена НАСА «Лазерний інтерферометр», були розроблені для безпосереднього виявлення цих хвиль і відкрили нове вікно для астрофізичних та фізичних явищ, які не можна вивчити іншими способами.
Вченим потрібно буде знати, як утворюються надмасивні чорні діри у ранньому Всесвіті та як вони розповсюджуються в космосі сьогодні, щоб інтерпретувати результати цих експериментів. Нові комп'ютерні симуляції мають дати зрозуміти.
Дивіться це посилання для відео моделей зіткнень галактик.
Джерело: Університет штату Огайо
