Hvordan blev universets første supermassive sorte huller dannet? En ny model for udviklingen af galakser og sorte huller viser kollisioner, der viser, at kolliderende galakser sandsynligvis skabte sorte huller, der dannede for omkring 13 milliarder år siden. Opdagelsen udfylder et manglende kapitel i vores universers tidlige historie og kan hjælpe med at skrive det næste kapitel - hvor forskere bedre forstår, hvordan tyngdekraft og mørk materie dannede universet, som vi kender det.
Efter den nylige opdagelse af, at galakser dannede sig meget tidligere i universets historie end tidligere antaget, skabte Stelios Kazantzidis fra Ohio State University og hans team nye computersimuleringer, der viser, at de første supermasse sorte huller nogensinde blev født, da de tidlige galakser kolliderede og fusionerede sammen. Dette skete sandsynligvis i løbet af de første milliarder år efter Big Bang.
”Vores resultater tilføjer en ny milepæl til den vigtige erkendelse af, hvordan struktur dannes i universet,” sagde Kazantzidis.
Tidligere troede astronomer, at galakser udviklede sig hierarkisk, hvor tyngdekraften først samlede små bits af stof sammen, og disse små bits gradvist kom sammen for at danne større strukturer.
Men de nye modeller vender forestillingen på hovedet.
”Sammen med disse andre opdagelser viser vores resultat, at store strukturer - både galakser og massive sorte huller - hurtigt opbygges i universets historie,” sagde han. ”Forbløffende er dette i strid med dannelse af hierarkisk struktur. Paradokset løses, når man først er klar over, at mørk stof vokser hierarkisk, men almindelig stof gør det ikke. Den normale sag, der udgør synlige galakser og supermassive sorte huller, falder sammen mere effektivt, og dette var sandt også, da universet var meget ung, hvilket gav anledning til en anti-hierarkisk dannelse af galakser og sorte huller. ”
Så det betyder, at store galakser og supermassive sorte huller hurtigt samles, og mindre bits som vores egen Mælkevejsgalakse - og det forholdsvis lille sorte hul i midten - dannes langsommere. Galakserne, der dannede de første supermassive sorte huller, er stadig omkring, sagde Kazantzidis.
De nye simuleringer udført på supercomputere var i stand til at løse funktioner, der var 100 gange mindre, og afslørede detaljer i hjertet af de fusionerede galakser i en skala på mindre end et lysår.
På grund af dette var astronomerne i stand til at se to ting: For det første kondenserede gas og støv i midten af galakserne til dannelse af en stram atomskive. Derefter blev disken ustabil, og gassen og støvet trak sig sammen igen for at danne en endnu tættere sky, der til sidst gød et supermassivt sort hul.
Konsekvenserne for kosmologien er vidtrækkende, sagde Kazantzidis.
”For eksempel skal standardideen - at en galakse egenskaber og massen af det centrale sorte hul hænger sammen, fordi de to vokser parallelt - blive revideret. I vores model vokser det sorte hul meget hurtigere end galaksen. Så det kan være, at det sorte hul overhovedet ikke reguleres af væksten i galaksen. Det kan være, at galaksen reguleres af væksten i det sorte hul. ”
Denne nye model kunne også hjælpe astronomer, der søger himlen efter direkte bevis på Einsteins teori om generel relativitet: tyngdekraftsbølger.
I henhold til den generelle relativitet ville enhver gammel galakssammenslutning have skabt massive tyngdekraftsbølger - krusninger i rumtidskontinuumet - hvis rester skulle stadig være synlige i dag.
Nye gravitationsbølgedetektorer, såsom NASAs laserinterferometer rumantenne, var designet til at detektere disse bølger direkte og åbne et nyt vindue i astrofysiske og fysiske fænomener, som ikke kan studeres på andre måder.
Forskere bliver nødt til at vide, hvordan supermassive sorte huller dannet i det tidlige univers, og hvordan de distribueres i rummet i dag for at fortolke resultaterne af disse eksperimenter. De nye computersimuleringer skal give en ledetråd.
Se dette link for videoer af modellerne af galakakollisioner.
Kilde: Ohio State University
