2023 Autor: Brooke Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-05-20 23:53
Nová počítačová simulace ukazuje, že energie vytvořená při splynutí černých děr přispívá k tvorbě hvězd při vyfukování plynu na okraj galaxie, což vytváří limit, kolik může černá díra spotřebovat.
Práce pomáhá potvrdit to, co astronomové v posledních letech stále více tušili, že černé díry jsou integrálními hráči v procesu budování galaxií. Také se pěkně propojuje s několika postřehy.
V přeplněném raném vesmíru se malé mladé galaxie často srážely a spojovaly, podle přední teorie formování galaxií. Většina z těchto rodících se galaxií by měla skromné černé díry. Vědci se domnívají, že se černé díry také spojily, což vedlo k supermasivním černým dírám, které ukotvují většinu velkých dnes pozorovaných galaxií.
Fenomenální tahák
Černé díry nejsou vidět, ale jsou detekovány pozorováním jejich gravitačního účinku na hvězdy a plyn v galaxii.
Černé díry mají pověst toho, že nasávají všechno, ale ve skutečnosti přitahují vzdálený materiál ne větší silou než jakýkoli jiný předmět stejné hmotnosti; hmotnost černé díry určuje její gravitační účinek. Nejsupermasivní černé díry obvykle obsahují méně než 1 procento hmotnosti galaxie.
Přesto, protože černé díry jsou velmi kompaktní, jejich gravitační tah na blízké objekty je fenomenální.
Plyn je urychlován na významný zlomek rychlosti světla, když se spirálovitě dostává dovnitř k černé díře. Plyn se přehřívá do čtvrtého skupenství hmoty zvaného plazma. Plazma vyzařuje ohromné záření, od rádiových vln až po viditelné světlo a rentgenové záření. Pozorování tohoto záření poskytuje další vodítko k přítomnosti černé díry.
Teoretici uvedli, že celý proces by vytvořil kosmický vítr, který by odfoukl materiál z černé díry. Studie Penn State v roce 2003 našla důkazy pro tento největší ze všech větrů ze vzdálených superjasných galaxií nazývaných kvasary.
Intenzivní záření a mlha plynu kolem kvasaru brání astronomům vidět, co se děje uvnitř - je to jako snažit se zaznamenat mechanismus uvnitř zářivé žárovky - takže pevné závěry o procesu jsou obtížné.
Simulovaná dohoda
V nové simulaci slučování černých děr spotřebovává okolní plyn. Ale kvasar, který generuje, pak fouká okolní plyn na okraje galaxie.
"Zjistili jsme, že energie uvolněná černými dírami během fáze kvasaru pohání silný vítr, který zabraňuje pádu materiálu do černé díry," řekl Volker Springel z Max-Planck Institute for Astrophysics. "Tento proces inhibuje další růst černých děr a vypne kvasar, stejně jako se zastaví formování hvězd uvnitř galaxie. Výsledkem je, že hmotnost černé díry a hmotnost hvězd v galaxii jsou úzce propojeny."
Simulace se pěkně propojuje s pozorováními, která odhalují, že kvasary byly běžné v raném vesmíru a v moderní době jsou vzácné. Teoretici předpokládali, že fáze kvasaru je relativně krátká a že dnešní galaxie, z nichž mnohé jsou považovány za obrovské, ale ne dramaticky jasné, dozrály za fází kvasaru.
"Naše výsledky také poprvé vysvětlují, proč je životnost kvasaru tak krátká ve srovnání se životem v galaxii," řekl Springel.
Odpovídá pozorování
Simulace jsou také v souladu s pozorováními, která naznačují, že obsah hvězd v galaxii přímo souvisí s její černou dírou.
"V posledních letech si vědci začali uvědomovat, že celková hmotnost hvězd v dnešních galaxiích přímo odpovídá velikosti černé díry v galaxii, ale až dosud nikdo nemohl vysvětlit tento pozorovaný vztah," řekla Tiziana Di Matteo, spolupracovnice. profesor fyziky na Carnegie Mellon. "Použití našich simulací nám poskytlo zcela nový způsob, jak tento problém prozkoumat."
Při virtuálních sloučeních černé díry v malých galaxiích rychle odfouknou plyn pryč, takže se tvoří málo hvězd. Větší galaxie mají více plynu a masivnější černou díru a vzniká více hvězd.
Výsledky jsou podrobně uvedeny ve vydání časopisu Nature z 10. února.
Předchozí studie naznačovaly, že vítr kvasaru by stlačoval plyn, což by přinutilo uzel plynu ke kolapsu a vzniku hvězd. A pozorování zveřejněná začátkem tohoto roku ukázala, že intenzivní paprsek materiálu vyvržený podél pólů rotující černé díry může také vyvolat záchvaty formování hvězd.