Излучение, исходящее от первых массивных черных дыр во вселенной, настолько интенсивно, что оно может достичь телескопов на Земле, покрыв практически всю Вселенную. Удивительно, но свет от самых далеких черных дыр (или квазаров) шел до нас более 13 миллиардов световых лет. Однако мы не знаем, как были созданы эти чудовищные черные дыры.
Исследования, проведенные учеными из Технологического института Джорджии, Дублинского городского университета, Мичиганского государственного университета, Калифорнийского университета в Сан-Диего, Суперкомпьютерного центра Сан-Диего и IBM, являются новым и чрезвычайно многообещающим способом решения этой космической головоломки. Команда показала, что когда галактики чрезвычайно быстрые, а иногда даже бурные, они могут образовывать очень массивные черные дыры. В таких редких галактиках нормальное образование звезд нарушается и захватывается образованием черных дыр.
Недавние исследования доказывают, что массивные черные дыры образуются в плотных, свободных от звезд областях, которые быстро растут, переворачивая давно признанное мнение, что образование массивных черных дыр ограничено областями, бомбардируемыми сильным излучением соседних галактик. Результаты симуляционного исследования также показывают, что массивные черные дыры гораздо чаще встречаются во вселенной, чем считалось ранее.
Ключевой критерий для определения происхождения массивных черных дыр во Вселенной относится к быстрому росту предгалактических газовых облаков, которые являются предшественниками всех современных галактик, а это означает, что большинство сверхмассивных черных дыр имеют общее происхождение, согласно этому недавно обнаруженному сценарию. Темная материя разрушается в гало, которое является гравитационным связующим для всех галактик. Ранний быстрый рост этих гало предотвратил образование звезд, которые конкурировали с черными дырами за газообразное вещество, попадающее в область.
Когда команда обнаружила эти места черных дыр в симуляции, исследователи сначала были сбиты с толку, говорит Джон Риган, научный сотрудник Центра астрофизики и теории относительности в Дублинском городском университете. Ранее принятая парадигма заключалась в том, что массивные черные дыры могли быть созданы только в том случае, если они подвергались воздействию высоких уровней радиации от соседних галактик.
Ранее теория основывалась на интенсивном ультрафиолетовом свете близлежащей галактики, направленном на подавление образования звезд в черной дыре, образующих гало. Хотя ультрафиолетовое излучение все еще является фактором, работа ученых показала, что он не является доминирующим фактором, по крайней мере, в этих моделях.
Исследование было основано на наборе моделирования Renaissance, 70-терабайтном наборе данных, созданном на суперкомпьютере Blue Waters в 2011-2014 годах, чтобы помочь ученым понять, как развивалась Вселенная в первые годы. Чтобы узнать больше о конкретных регионах, где появились массивные черные дыры, исследователи проанализировали данные моделирования и нашли 10 конкретных темных гало, которые, учитывая их массы, должны образовывать звезды, но содержать только плотные газовые облака. Используя суперкомпьютер Stampede2, ученые смоделировали два из этих гало - каждый диаметром 2400 световых лет - в гораздо более высоком разрешении, чтобы понять детали того, что происходило внутри них через 270 миллионов лет после Большого взрыва.
Ренессансные симуляции - это наиболее полные симуляции ранних стадий гравитационного накопления чистого газа, состоящего из водорода, гелия и холодной темной материи, ведущих к созданию первых звезд и галактик. Техника, которую они используют, позволяет нам смотреть на плотности вещества, в котором образуются звезды или черные дыры. Кроме того, они включают в себя достаточно большой регион ранней Вселенной, чтобы создавать тысячи объектов - что необходимо, если мы заинтересованы в чрезвычайно редких объектах, таких как в этом случае.
Более высокое разрешение моделирования, полученное для двух областей-кандидатов, позволило исследователям увидеть турбулентность, подачу газа и плотность вещества, поскольку черные дыры постепенно начали конденсироваться и закручиваться. Темпы их роста были сверхбыстрыми.
Астрономы наблюдают сверхмассивные черные дыры, которые достигли массы одного миллиарда солнечных масс за 800 миллионов лет. Достижение такой массы требовало интенсивных массовых сборов в этом регионе. Этого следовало ожидать в регионах, где образовались галактики в самом раннем периоде Вселенной.
Другой аспект состоит в том, что ореол, который создал черные дыры, может быть более распространенным во вселенной, чем считалось ранее.
Будущая работа по этим симуляциям будет касаться жизненного цикла этих галактик, которые создают массивные черные дыры, исследуя образование, развитие и эволюцию первых массивных черных дыр. «Наша следующая цель - исследовать дальнейшую эволюцию этих экзотических объектов. Где эти черные дыры сегодня? Можем ли мы обнаружить их в локальной Вселенной или в гравитационных волнах? "
