Hvad fodrede tidlige sorte huller, der muliggjorde deres meget hurtige vækst? En ny opdagelse foretaget af forskere ved Carnegie Mellon University ved hjælp af en kombination af supercomputer-simuleringer og GigaPan Time Machine-teknologi viser, at en diæt med kosmisk "fastfood" (tynde strømme af kold gas) flydede ukontrolleret ind i midten af de første sorte huller og forårsagede dem for at blive ”overdimensioneret” og vokse hurtigere end noget andet i universet.
Da vores univers var ung, mindre end en milliard år efter Big Bang, var galakser lige begyndt at dannes og vokse. Ifølge tidligere teorier skulle sorte huller på det tidspunkt have været lige så små. Data fra Sloan Digital Sky Survey har vist bevis for det modsatte - supermassive sorte huller eksisterede allerede i 700 millioner år efter Big Bang.
”Sloan Digital Sky Survey fandt supermassive sorte huller på under 1 milliard år. De var af samme størrelse som dagens mest massive sorte huller, som er 13,6 milliarder år gamle, ”sagde Tiziana Di Matteo, lektor i fysik (Carnegie Mellon University). ”Det var et puslespil. Hvorfor dannes nogle sorte huller så tidligt, når det tager hele universets alder for andre at nå den samme masse? ”
Supermassive sorte huller er de største sorte huller i eksistensen - som vejer ind med masser milliarder af gange solens. De fleste "normale" sorte huller er kun ca. 30 gange mere massive end Solen. Den i øjeblikket accepterede mekanisme til dannelse af supermassive sorte huller er gennem galaktiske fusioner. Et problem med denne teori, og hvordan det gælder tidlige supermassive sorte huller, er, at der i det tidlige univers ikke var mange galakser, og de var for langt fra hinanden til at fusionere.
Rupert Croft, lektor i fysik (Carnegie Mellon University) bemærkede: ”Hvis du skriver ligningerne for, hvordan galakser og sorte huller dannes, ser det ikke ud til, at disse enorme masser kunne danne så tidligt, men vi ser på himlen og der er de. ”
I et forsøg på at forstå de processer, der dannede de tidlige supermassive sorte huller, skabte Di Matteo, Croft og Khandai MassiveBlack - den hittil største kosmologiske simulering. Formålet med MassiveBlack er at nøjagtigt simulere de første milliarder år af vores univers. Di Matteo, der beskrev MassiveBlack, bemærkede: ”Denne simulering er virkelig gigantisk. Det er den største med hensyn til fysikniveauet og det faktiske volumen. Det gjorde vi, fordi vi var interesseret i at se på sjældne ting i universet, som de første sorte huller. Fordi de er så sjældne, er du nødt til at søge over en stor mængde plads ”.
Croft og teamet startede simuleringerne ved hjælp af kendte modeller for kosmologi baseret på teorier og love i nutidens fysik. ”Vi satte ikke noget skørt i. Der er ingen magisk fysik, ingen ekstra ting. Det er den samme fysik, der danner galakser i simuleringer af det senere univers, ”sagde Croft. ”Men magisk vises disse tidlige kvasarer, ligesom man var blevet observeret, vist. Vi vidste ikke, at de skulle møde op. Det var fantastisk at måle deres masser og gå 'Wow! Dette er den nøjagtige rigtige størrelse og vises nøjagtigt på det rigtige tidspunkt. 'Det er en succeshistorie for den moderne kosmologiteori.'
Dataene fra MassiveBlack blev føjet til GigaPan Time Machine-projektet. Ved at kombinere MassiveBlack-data med GigaPan Time Machine-projektet var forskerne i stand til at se simuleringen som om det var en film - let panorering over det simulerede univers, som den dannede. Da teamet bemærkede begivenheder, der syntes interessante, kunne de også zoome ind for at se begivenhederne mere detaljeret end hvad de kunne se i vores eget univers med jord- eller rumbaserede teleskoper.
Da teamet zoomede ind på oprettelsen af de første supermassive sorte huller, så de noget uventet. Normale observationer viser, at når kold gas strømmer mod et sort hul, det opvarmes fra kollisioner med andre nærliggende gasmolekyler, derefter afkøles, inden det kommer ind i det sorte hul. Kendt som "chokopvarmning" skulle processen have stoppet de tidlige sorte huller i at nå de observerede masser. I stedet observerede teamet tynde strømme af kold tæt gas, der løb langs ‘filamenter’ set i store undersøgelser, der afslører strukturen i vores univers. Trådene lod gassen strømme direkte ind i midten af de sorte huller med en utrolig hastighed, hvilket gav dem kold, hurtig mad. Det stadige, men ukontrollerede forbrug gav en mekanisme til, at de sorte huller kunne vokse meget hurtigere end deres vært galakser.
Resultaterne vil blive offentliggjort i Astrophysical Journal Letters.
Hvis du gerne vil læse mere, kan du tjekke papirerne nedenfor (via Physics arXiv):
Terapixel-billeddannelse af kosmologiske simuleringer
Dannelsen af galakser, der er vært for z ~ 6 kvasarer
Tidlige sorte huller i kosmologiske simuleringer
Kolde strømme og de første kvasarer
Lær mere om Gigapan og MassiveBlack på: http://gigapan.org/gigapans/76215/ og http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Kilde: Carnegie Mellon University Pressemeddelelse
