Считается, что во Вселенной самые тяжелые объекты – сверхмассивные черные дыры, которые могут быть в несколько десятков миллиардов тяжелее Солнца. Место обитания таких объектов – центры галактик. Ученые считают их слишком большими для того, чтобы они таковыми стали исключительно за период существования Вселенной. Наиболее вероятное объяснение столь стремительного «набора веса» в слиянии галактик. Астрофизики решили проверить эту гипотезу с помощью суперкомпьютера.
Квазары-прародители
Ведущим автором исследования стал научный сотрудник Гарвардского университета Юинг Ни. Его же команда в конце прошлого года обнаружила процесс развития сверхмассивной черной дыры вследствие слияния тройных квазаров (трехъядерная галактическая система, падающая в сверхмассивную черную дыру в свете пыли и газа).
По словам ученых это было относительно быстрое и экстремальное слияние. Причем каждая из этих трех галактик была раз в десять тяжелее Млечного пути. А в центре каждой из них имелась своя сверхмассивная черная дыра.
Согласно моделированию, эти триплетные системы квазаров – прародители сверхмассивных черных дыр. Ранее они взаимодействовали друг с другом гравитационно, а впоследствии слились, – написали ученые в опубликованной статье.
Реонизация
Юинг Ни участвовала в разработке одной из самых крупных космологических симуляций Astrid. С позиции частиц или загрузки данных по образованию галактик эта симуляция самая большая. По словам авторов исследования, цель Astrid состоит в изучении эволюции галактик, процесса слияния сверхмассивных черных дыр и реонизации в истории космоса.
Эта симуляция способна моделировать большие космические объемы в сотни миллионов световых лет. Также она способна до очень высокого разрешения увеличивать масштаб. Так, компьютерное моделирование помогает заполнить белые пятна в происхождении звезд и других объектов. В том числе, сверхмассивных черных дыр.
Например, Astrid способна показать, как образуются черные дыры с верхним пределом в 10 миллиардов масс Солнца.
Это очень сложная вычислительная задача. Но мы можем уловить эти редкие и экстремальные объекты только с помощью моделирования большого объема, – сказала Юинг Ни.
Космический полдень
Физическую модель Astrid запустили на мощном научном суперкомпьютере Frontera, находящимся в Техасском центре перспективных исследований. В качестве базы были заложены данные наблюдений одной из ранних эпох становления Вселенной под названием «космический полдень». В тот период, когда на пике активности было звездообразование. Было проанализировано слияние более трех тысяч галактик, появившихся около 10-11 миллиардов лет назад.
Они образовали примерно семь сотен черных дыр массой более миллиарда солнечных масс. При этом случаев слияния одновременно трех звездных систем исследователи насчитали несколько десятков. А затем оказалось, что в «космический полдень» сразу три сверхмассивные черные дыры накопили свою основную массу. С помощью Astrid были смоделированы все случаи этих слияний. Результаты, которые удалось получить, подтвердили, что тройные галактические слияния порождают ультрамассивные черные дыры.
Согласно данным суперкомпьютера, их масса может быть в 40-65 миллиардов раз тяжелее солнечной массы. Это очень близко к тому пределу, при котором черные дыры перестают поглощать материю и расти. Так что такие монстры интересуют ученых гораздо больше в плане реальных наблюдений. Но пока в ближайшие планы исследователей входит применение Astrid для проверки гипотезы об активности галактических ядер.
❗️ Ставьте 👍 и подписывайтесь на наш канал!
Читайте также: