Светлината, излъчена от пространството около първите масивни черни дупки във Вселената, е толкова силна, че е в състояние да достигне до всички точки в необятния космос. Тази светлина от най-далечните черни дупки (или квазари) е пропътувала до нас повече от 13 милиарда светлинни години. Но ние все така не можем „да видим“, как са се образували тези чудовищни черни дупки.
Ново изследване, в което участват учени от Технологичния институт в Джорджия, Университета на Дъблин, Щатския университет в Мичиган, Университета на Калифорния в Сан Диего, Центъра по суперкомпютърна техника в Сан Диего и IBM, предлага нов и много обещаващ метод, чрез който може да се разреши тази космическа загадка. Екипът демонстрира, как когато галактики се формират изключително бързо – а понякога и насилствено – може да се стигне до формирането на изключително масивни черни дупки. В такива галактики нормалното образуване на звезди се нарушава и връх взема формирането на черна дупка.
„Основният критерий, който определя къде може да се формират масивни черни дупки в ранните епохи от съществуването на Вселената, е бързото разрастване на догалактичните газови облаци, които са предшественици на всички галактики, които съществуват днес. А това означава, че повечето свръхмасивни черни дупки имат общ произход на формиране, предлаган в новия ни сценарий“, казва Джон Уайз, доцент в Центъра по релативистична физика в Технологичния институт в Джорджия, който е автор на научната публикация. Тъмната материя колабира в хало-формации, които са гравитационното лепило за всички галактики. Ранното бързо разрастване на тези ореоли предотвратява формирането на звезди, които биха се конкурирали с черните дупки за газообразната материя, вливаща се в региона.
„В изследването си откриваме съвсем нов механизъм, който предизвиква образуването на масивни черни дупки и по-специално – на ореоли от тъмна материя“, обяснява Уайз. „Вместо да търсим радиация, трябва да погледнем към темповете, с които се развива халото. Не ни е нужно да разберем много от физиката на процеса – само това, как се разпространява тъмната материя и как разрастването ѝ ще се отрази на гравитацията. Формирането на масивна черна дупка може да се случи в много специфични региони, където е налице интензивно протичащо струпване на материя“.
Изследователският екип остава много изненадан, когато компютърният модел, който са създали, им посочва региони с такива характеристики. Според Джон Ригън от Центъра по астрофизика в Университета на Дъблин, приетата досега парадигма предполага, че масивните черни дупки може да се образуват само когато са изложени на високи нива от близка радиация.
„Предишните теории предполагат, че това може да се случи само когато обектите са подложени на високи нива на унищожаваща звездите радиация. Когато разгледахме нещата в по-задълбочен вид, установихме, че такива обекти преминават през период на изключително бърз растеж. И това се оказа ключов фактор. Бурното и турболентно струпване, бруталните колизии на материята в раждането на галактика, предотвратяват възможността за нормално зараждане на звезди и вместо това създават перфектните условия за появата на черна дупка. Изследването измества предишната парадигма и открива съвсем нова област за проучвания“.
По-ранните теории предполагат наличието на интензивна ултравиолетова радиация от близка галактика, така че да попречи на образуването на звезди в халото, където се формира черната дупка, пояснява Майкъл Норман, директор на Центъра по суперкомпютърна техника в Сан Диего, също автор в изследването. „Ултравиолетовата радиация си остава фактор, но поне според нашия модел, тя не е решаващата, доминиращата предпоставка“, уточнява Норман.
Изследването е осъществено на база Renaissance Simulation – 70-терабайтов сет от данни, формиран в периода 2011 – 2014 година от обработвани с помощта на суперкомпютъра Blue Waters симулации, чиято цел е да се разберат механизмите в развитието на ранната Вселена. За да научат повече за конкретни региони, където съществува вероятност да се формират масивни черни дупки, учените проучват данните от компютърните симулации и откриват десет специфични хало-формации от тъмна материя, където, изхождайки от масите, би следвало да се родят звезди, но резултатите показват само наличие на плътни газови формации. С помощта на суперкомпютъра Stampede2 учените симулират повторно две от тези хало-формации – всяка с размери от около 2400 светлинни години – но вече в доста по-висока резолюция. Целта на новата компютърна симулация е да се разберат подробности за възможните процеси, протекли в такива региони, 270 милиона години след Големия взрив.
„Единствено в тези относително „натъпкани“ региони на вселената видяхме да се формират черни дупки“, обяснява Уайз. „Тъмната материя създава по-голяма част от гравитацията, а след това газът попада в този гравитационен потенциал, където от него може да се формират звезди или черна дупка“.
Renaissance Simulations са най-изчерпателните компютърни симулации на най-ранните етапи от развитието на Вселената, разглеждащи гравитационното асемблиране на първични газови облаци от водород и хелий и студена тъмна материя, което довежда до формирането на първите звезди и галактики. Симулацията използва метод, наричан адаптивно усъвършенстване на мрежата, чрез който се фокусират плътните „бучки“, водещи до зараждането на звезди или черна дупка. В допълнение, компютърния модел обхваща достатъчно голям регион от ранната вселена, в който да могат да се формират хиляди обекти – задължително условие, ако се интересуваме от редки обекти, какъвто е конкретният случай. „Високата резолюция, богатата физична основа и голямата извадка от колабиращи хало-формации са необходимите условия, за да постигнем резултати“, подчертава Норман.
Повишената резолюция на симулациите за два от регионите-кандидати, позволява на учените да наблюдават турбулентното нахлуване на газ и формирането на уплътнявания, докато тези прекурсори на черна дупка започват да кондензират и да се развъртат. Растежът на тези структури се оказва драматичен.
„Астрономи са регистрирали свръхмасивни черни дупки, които са се разраснали до маси от над милиард слънчеви маси само за 800 милиона години“, добавя Уайз. „За да се случи това е необходимо много интензивно струпване на маса в такъв регион. Такива условия може да се очакват в райони, където са се образували галактики в най-ранните етапи от живота на Вселената“.
„Друг интересен компонент от разработката ни е, че този вид хало-формации може да се окажат често срещани. Предвиждаме, че това е сценарий, който се е случвал достатъчно често, с което може да се обясни произходът на най-масивните черни дупки, които регистрираме, както в ранната Вселена, така и в галактиките в наши дни“.
„В следващите ни изследвания ще се опитаме да изучим по-подробно еволюцията на тези екзотични обекти. Къде са тези масивни черни дупки днес? Можем ли да открием доказателства за тяхното съществуване в локалната вселена или с гравитационни вълни?“ В търсене на отговори на тези въпроси, учените отново ще се обърнат към компютърните симулации.
„Моделите Renaissance Simulations са достатъчно богати, така че е възможно да се направят и други открития. Затова създадохме публичен архив, наречен Renaissance Simulations Laboratory, където и други могат да потърсят отговори на въпросите, които си задават”, пише в заключение Норман.
-----------
За още новини харесайте страницата ни във Facebook>>>
0 коментара:
Публикуване на коментар