Как образовались первые сверхмассивные черные дыры во Вселенной? Новая модель эволюции галактик и черных дыр показывает, что столкновения показывают, что сталкивающиеся галактики, вероятно, породили черные дыры, которые образовались около 13 миллиардов лет назад. Открытие заполняет пропущенную главу ранней истории нашей вселенной и может помочь написать следующую главу, в которой ученые лучше понимают, как гравитация и темная материя образовали вселенную, какой мы ее знаем.
После недавнего открытия, что галактики образовались намного раньше в истории Вселенной, чем считалось ранее, Стелиос Казандзидис из Университета штата Огайо и его команда создали новые компьютерные симуляции, которые показывают, что первые в мире сверхмассивные черные дыры, вероятно, родились, когда столкнулись эти ранние галактики. и слились воедино. Вероятно, это произошло в течение первых нескольких миллиардов лет после Большого взрыва.
«Наши результаты добавляют новую веху к важному пониманию того, как структура формируется во вселенной», - сказал Казандзидис.
Ранее астрономы считали, что галактики эволюционировали иерархически, где гравитация сначала сближала маленькие кусочки материи, и эти маленькие кусочки постепенно объединялись в более крупные структуры.
Но новые модели переворачивают это понятие с ног на голову.
«Вместе с этими другими открытиями наш результат показывает, что большие структуры - как галактики, так и массивные черные дыры - быстро накапливаются в истории Вселенной», - сказал он. «Удивительно, но это противоречит формированию иерархической структуры. Парадокс разрешается, как только понимаешь, что темная материя растет иерархически, а обычная материя - нет. Нормальная материя, которая составляет видимые галактики и сверхмассивные черные дыры, разрушается более эффективно, и это было верно также, когда Вселенная была очень молода, вызывая антииерархическое образование галактик и черных дыр ».
Таким образом, это означает, что большие галактики и сверхмассивные черные дыры быстро собираются вместе, а более мелкие частицы, такие как наша собственная галактика Млечный путь - и сравнительно маленькая черная дыра в ее центре - образуются медленнее. Казантзидис сказал, что галактики, которые сформировали эти первые сверхмассивные черные дыры, все еще вокруг.
Новое моделирование, выполненное на суперкомпьютерах, позволило определить особенности, которые были в 100 раз меньше, и выявило детали в сердце слитых галактик в масштабе менее светового года.
Благодаря этому астрономы смогли увидеть две вещи: во-первых, газ и пыль в центре галактик конденсировались, образуя плотный ядерный диск. Затем диск стал нестабильным, и газ и пыль снова сжались, образуя еще более плотное облако, которое в итоге породило сверхмассивную черную дыру.
Казантзидис сказал, что последствия для космологии далеко идущие.
«Например, стандартная идея о том, что свойства галактики и масса ее центральной черной дыры связаны между собой, потому что они растут параллельно, должна быть пересмотрена. В нашей модели черная дыра растет намного быстрее, чем галактика. Так что может случиться так, что черная дыра совсем не регулируется ростом галактики. Возможно, галактика регулируется ростом черной дыры ».
Эта новая модель может также помочь астрономам, которые ищут в небе прямые доказательства теории общей относительности Эйнштейна: гравитационные волны.
Согласно общей теории относительности, любое слияние древних галактик могло бы создать массивные гравитационные волны - рябь в пространственно-временном континууме, остатки которых должны быть видны и сегодня.
Новые детекторы гравитационных волн, такие как космическая антенна лазерного интерферометра НАСА, были разработаны для непосредственного обнаружения этих волн и открытия нового окна в астрофизические и физические явления, которые невозможно изучить другими способами.
Ученым нужно будет знать, как сверхмассивные черные дыры образовались в ранней Вселенной и как они распределены в космосе сегодня, чтобы интерпретировать результаты этих экспериментов. Новое компьютерное моделирование должно дать подсказку.
Смотрите эту ссылку для видео моделей столкновений галактик.
Источник: Университет штата Огайо
