Złamanie ograniczenia prędkości wzrostu supermasywnej czarnej dziury

Najnowsze symulacje komputerowe pozwalają wytłumaczyć istnienie zagadkowych supermasywnych czarnych dziur obserwowanych we wczesnym Wszechświecie. Symulacja jest oparta na kodzie komputerowym wykorzystywanym do zrozumienia sprzężenia promieniowania z określonymi materiałami.

Supermasywne czarne dziury charakteryzują się ograniczeniem prędkości, które  określa jak szybko i jak duże mogą urosnąć – mówi Joseph Smidt z Los Alamos National Laboratory. Stosunkowo nowe odkrycie supermasywnych czarnych dziur na wczesnych etapach rozwoju Wszechświata zmusiły naukowców do postawienia fundamentalnego pytania: w jaki sposób one tak wcześnie tak bardzo urosły?

Wykorzystując kody komputerowe opracowane w Los Alamos do modelowania interakcji materii z promieniowaniem Smidt wraz ze współpracownikami stworzył symulację zapadania się gwiazd, które prowadzi do powstania supermasywnych czarnych dziur jeszcze w pierwszym miliardzie lat istnienia Wszechświata, czyli znacznie szybciej niż dotąd oczekiwano.

Okazuje się, że choć supermasywne czarne dziury mają ograniczenie prędkości wzrostu, określone typy masywnych gwiazd już nie – mówi Smidt. Zadaliśmy sobie zatem pytanie, co by było gdyby udało nam się znaleźć miejsce gdzie gwiazdy mogły powstawać znacznie szybciej osiągając rozmiary tysiące razy większe od masy Słońca i czy mogłyby one odpowiadać za szybkie powstawanie supermasywnych czarnych dziur?

Okazało się, że model komputerowy z Los Alamos nie tylko potwierdził możliwość szybkiego powstawania supermasywnych czarnych dziur lecz także potwierdza wiele innych zjawisk dotyczących czarnych dziur a regularnie obserwowanych przez astrofizyków. Badania wskazują, że symulowane supermasywne czarne dziury oddziałują także z innymi galaktykami w sposób obserwowany przez naukowców – w modelu i w rzeczywistości obserwujemy takie samo tempo procesów gwiazdotwórczych, profile gęstości galaktyk czy tempo jonizacji gazów.

To zupełnie nieoczekiwane – przyznaje Smidt.  Wydawało mi się, że idea powstawania masywnej gwiazdy w specjalnej konfiguracji, a następnie powstawania czarnej dziury o odpowiedniej masie to coś co może nam się uda przybliżyć, jednak fakt, że udało nam się zaobserwować, że taka czarna dziura prowokuje procesy gwiazdotwórczy i napędza dynamikę otoczenia w sposób, który faktycznie obserwujemy to wisienka na torcie.

Źródło: Los Alamos Laboratory

Artykuł naukowy: https://arxiv.org/pdf/1703.00449.pdf