Hipnotyzująca symulacja może pomóc naukowcom zrozumieć, w jaki sposób powstają czarne dziury

Naukowcy mogą być o krok bliżej zrozumienia, jak we wczesnym wszechświecie powstały masywne czarne dziury.

Tajemnicze obszary

Podczas, gdy światło z tych odległych obszarów jest wystarczająco intensywne, by dotrzeć do teleskopów oddalonych ponad 13 miliardów lat świetlnych, ich powstawanie nadal pozostaje owiane tajemnicą.

Korzystając z danych zgromadzonych przez 70-terabajtowy pakiet Renaissance Simulation na superkomputerze Blue Waters, naukowcy odkryli, że masywne czarne dziury mogą tworzyć się w szybko rozwijających się regionach pozbawionych gwiazd.

W tym badaniu odkryliśmy całkowicie nowy mechanizm, który pobudza powstawanie masywnych czarnych dziur w konkretnych halo ciemnej materii. – powiedział John Wise, profesor nadzwyczajny w Centrum Astrofizyki Relatywistycznej w Georgia Tech

Halo ciemnej materii

Tym razem rozważono nie tylko promieniowanie. Naukowcy spojrzeli na to, jak szybko powiększa się halo. Wystarczy odkryć, jak wygląda dystrybucja ciemnej materii i jak wpływa na nią grawitacja.

Formowanie masywnej czarnej dziury wymaga odpowiednich warunków, w tym przypadku w rzadkim regionie o intensywnej konwergencji materii. Zgodnie z nowym badaniem, szybka ekspansja galaktyk może prowadzić do powstania czarnych dziur.

Szybka ekspansja

Choć wcześniej zakładano, że wyżej wspomniane regiony ograniczają zdolność czarnych dziur do wzrostu, obecnie naukowcy twierdzą, że halo ciemnej materii może prowadzić do ich powstawania.

Wcześniej uważano, że czarne dziury mogą powstawać tylko w obszarach bogatych w promieniowanie. Jednak dokładniejsze badania ujawniły, że te regiony przechodzą przez okres niezwykle szybkiego wzrostu, a to okazało się kluczową kwestią.

Gwałtowna i burzliwa natura szybkiej ekspansji podczas narodzin galaktyki uniemożliwia normalne tworzenie się gwiazd, ale może stwarzać doskonałe warunki do powstawania czarnych dziur. Te badania przesuwają poprzednie tezy i otwierają drzwi dla zupełnie nowych obszarów badań.

Symulacje

Do swoich badań zespół wykorzystał dane z Renaissance Simulation stworzonego w latach 2011-2014. To pomogło ujawnić dziesięć halo ciemnej materii, z których powinny utworzyć się gwiazdy.

Jednak zamiast nich widoczne były tylko gęste chmury gazu. Zespół użył więc Stampede2, by ponownie przeprowadzić symulację, tym razem w znacznie wyższej rozdzielczości. Ujawniło to niespotykane szczegóły dotyczące aktywności, która miała miejsce 270 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Nowy obszar badań

Symulacja pokazała czarne dziury rosnące w dramatycznym tempie, wciągając gaz i materię. Wykonanie tego wymagało intensywnej konwergencji masy w tym regionie. Według zespołu te halo wytwarzające czarną dziurę mogą być bardziej powszechne niż wcześniej sądzono.

Przewidujemy, że ten scenariusz jest wystarczający, by być źródłem największych czarnych dziur, które obserwujemy we wszesnym wszechświecie, jak i obecnych galaktykach.