We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
'N Supermassiewe swart gat is onlangs ontdek wat 13 miljard jaar oud is. Hierdie swartgat is 1,6 miljard keer die massa van die son. Hoe kan hierdie swartgat so vinnig gevorm het na die oerknal? Voorspel teorieë supermassiewe swart gate wat so vinnig vorm?
Die antwoord hierop is op die oomblik onbekend.
Die kwessie is dat 'n aanwas "swartgaatjie" slegs teen 'n beperkte tempo kan beland. Die beperking word voorsien deur stralingsdruk van die materiaal wat dit aanwend. Dit gee negatiewe terugvoer en definieer 'n maksimum aanwaspercentage vir sferiese aanwas, bekend as die Eddington-limiet, wat 'n maksimum helderheid en dus 'n maksimum aanwaspercentage definieer (aangesien aanwas die helderheid bied).
Die netto resultaat is dat die swart gat eksponensieel kan groei, met 'n groeitydperk van ongeveer 30-40 miljoen jaar. Dit wil sê, dit kan ongeveer verdubbel in massa in daardie tydskaal.
Nou kon die eerste oersterre vandag baie massiewer gewees het as groot sterre in die heelal, as gevolg van hul suiwer waterstof / helium-samestelling. Selfs al sou hulle tot 'n paar honderd swart gate in die sonmassa kon vorm, sou dit steeds byna 'n miljard jaar neem om 'n $ 10 ^ 9 M_ odot $ swart gat, selfs al het dit die hoogste Eddington-koers vir al daardie tyd aangeneem.
Dit is 'n bietjie strek, so alternatiewe oplossings word gesoek. Dit sluit in
Miskien kan u selfs groter swart gate vorm van vroeë ineenstortende gaswolke. Daar is 'n paar idees dat as die oorspronklike gas deur die heel eerste massiewe sterre geïoniseer word, dit nie in "sterre" voorwerpe versplinter nie. Dit kan u in staat stel om baie, baie massiewe "sterre" (soms "kwasi-sterre" genoem) te vorm, wat swart gate in hul sentrums het, eerder as kernversmeltende kerne. Dit kan vinnig aan die orde kom $ 10 ^ 5 M _ { odot} $ Dit kan baie eksponensiële groeitydskale skeer deur met 'n massiewe saad te begin.
Miskien kan u swart gate saamsmelt. Uit swaartekraggolfdeteksies weet ons nou dat samesmeltings tussen swart gate met tientalle sonmassas kan voortgaan $ sim 100M_ odot $ swart gate. Miskien was daar in die vroeë heelal trosse swart gate met groot massa wat op kort tydskale met mekaar kon saamsmelt. Hierdie vorm dan 'n massiewe swart swart gat wat relatief vinnig kan groei.
Daar is 'n paar idees oor hoe die Eddington-limiet omseil kan word en massa-aanwas teen hoër tariewe kan verloop, miskien deur die stralingsdoeltreffendheid van die aanwas-swartgat te onderdruk (bv. Li et al. 2012).
Hoe massief kan 'n supermassiewe swart gat word?
Dit lyk asof daar 'n limiet is - maar dit is in die orde van tienmiljoen keer die massa van die son. Belinda Smith berig.
Daar is 'n beperking op hoe groot 'n supermassiewe swart gat kan word voordat dit sy eie groei belemmer.
In die illustrasie van hierdie kunstenaar versier 'n supermassiewe swart gat miljarde kere wat die massa van ons son in die hart van 'n melkweg is. 'N Nuwe studie bereken of dit 'n maksimum massa het.
NASA / JPL-Caltech
Kohei Inayoshi en Zoltan Haiman van die Columbia-universiteit in New York, VS, het die evolusie van 'n supermassiewe swart gat gedurende die leeftyd van die heelal - 13,8 miljard jaar - geskep en gevind dat sodra hulle ongeveer 10 miljard keer die massa van die son bereik het. bo uit.
Op hierdie stadium word die meerderheid van die gas wat na 'n supermassiewe swart gat vloei en voed, eerder in die omliggende skyf vasgevang, wat ligjare weg van sterre vorm en meer as ver genoeg is om veilig van die swart gat te bly.
Uitgehonger van brandstof, vertraag die swart gat groei. Die werk, gepubliseer in Die Astrofisiese Tydskrif, verduidelik waarom ons vandag nie meer as tien miljard sonmassas supermassiewe swart gate opspoor nie.
Die meeste groot sterrestelsels bevat 'n supermassiewe swart gat in hul middel. Ons het een in die middel van ons melkweg, die Melkweg - dit word vermoedelik ongeveer 4,5 miljoen keer massiewer as die son.
Maar dit is klein vir sommige van die monsters wat ons bespeur het. Sommige is in die tientalle miljarde sonmassas. Maar dit & # 8217; s so massiewe as wat dit lyk asof hulle kry. Hoekom is dit?
Inayoshi en Haiman het gedink dat die proses van vinnige groei in swart gate uiteindelik die einste ding kan wees wat hulle vertraag. Hulle het besluit om dit te modelleer en te kyk wat gebeur het.
Vir 'n supermassiewe swart gat om groter te word as die grootste wat ons gesien het, sal dit elke jaar ongeveer 1 000 sonmassas moet uitsteek.
Daardie brandstof moet êrens vandaan kom, en mettertyd moet hulle gas van verder af gebruik. Maar sodra die gas van die buitenste dele van die sterrestelsel af getrek word, steek dit tien honderde ligjare van die swart gat vas.
Kos vertraag tot 'n druppel. Dit verander op sy beurt die fisika van die swart gat en die skyf.
Die binneste gedeelte van die skyf blaas op en blaas sterk strale, wat die voeding verder onderdruk en sodoende groei.
Die paar berekeninge op die boonste limiet ondersteun 'n ander studie wat in die Maandelikse kennisgewings van die Royal Astronomical Society deur die UK & # 8217; s Universiteit van Leicester & # 8217; s Andrew King in Desember verlede jaar, wat toegeskryf word stadiger groei aan fragmentasie van die skyf.
Belinda Smith
Belinda Smith is 'n wetenskaplike en tegnologiese joernalis in Melbourne, Australië.
Lees wetenskaplike feite, nie fiksie nie.
Daar was nog nooit 'n belangriker tyd om die feite te verduidelik, bewyse-gebaseerde kennis te koester en die nuutste deurbrake in wetenskaplike, tegnologiese en ingenieurswese aan te bied nie. Cosmos word uitgegee deur The Royal Institution of Australia, 'n liefdadigheidsorganisasie wat toegewy is aan die koppeling van mense met die wêreld van die wetenskap. Finansiële bydraes, hoe groot of klein ook al, help ons om toegang te gee tot betroubare wetenskaplike inligting op 'n tydstip waar die wêreld dit die nodigste het. Ondersteun ons asseblief deur vandag 'n donasie te maak of 'n intekening aan te koop.
Hoe 'n supermassiewe swart gat ontstaan
BEELD: Hai-Bo Yu is 'n teoretiese fisikus aan UC Riverside met kundigheid in die deeltjie-eienskappe van donker materie.
RIVERSIDE, Kalifornië - Supermassiewe swart gate, of SMBH's, is swart gate met massas wat 'n paar miljoen tot miljard keer die massa van ons son is. Die Melkweg bied 'n SMBH met 'n massa 'n paar miljoen keer die sonmassa aan. Verbasend genoeg toon astrofisiese waarnemings dat SMBH's al bestaan het toe die heelal baie jonk was. Daar word byvoorbeeld 'n miljard sonmassa swart gate gevind toe die heelal net 6% van sy huidige ouderdom was, 13,7 miljard jaar. Hoe ontstaan hierdie SMBH's in die vroeë heelal?
'N Span onder leiding van 'n teoretiese fisikus aan die Universiteit van Kalifornië, Riverside, het met 'n verduideliking vorendag gekom: 'n massiewe swart swart gat wat die ineenstorting van 'n donker stralekrans kan oplewer.
Halo van donker materie is die halo van onsigbare materie wat 'n sterrestelsel of 'n groep sterrestelsels omring. Hoewel donker materie nog nooit in laboratoriums opgespoor is nie, bly fisici vol vertroue dat hierdie geheimsinnige saak wat 85% van die heelal se materie uitmaak bestaan. As die sigbare materie van 'n sterrestelsel nie in 'n donker stralekrans ingebed was nie, sou hierdie saak uitmekaar vlieg.
"Natuurkundiges is verbaas waarom SMBH's in die vroeë heelal, wat in die sentrale streke van donker materiehalo's geleë is, binne 'n kort tydjie so massief groei," het Hai-Bo Yu, medeprofessor in fisika en sterrekunde aan UC Riverside, gesê het die studie gelei wat in Astrofisiese joernaalbriewe. "Dit is soos 'n 5-jarige kind wat 200 kg weeg. So 'n kind sal ons almal verbaas omdat ons die tipiese gewig van 'n pasgebore baba ken en hoe vinnig hierdie baba kan groei. Waar dit by swart gate kom, fisici het algemene verwagtinge oor die massa van 'n saad swart gat en die groeikoers daarvan. Die teenwoordigheid van SMBH's dui daarop dat hierdie algemene verwagtinge oortree is, wat nuwe kennis vereis. En dit is opwindend. '
'N Sade swart gat is 'n swart gat in sy beginstadium - soortgelyk aan die baba stadium in die lewe van 'n mens.
"Ons kan aan twee redes dink," het Yu bygevoeg. "Die saad - of 'baba' - swart gat is baie meer massief of dit groei baie vinniger as wat ons gedink het, of albei. Die vraag wat dan ontstaan, is wat die fisiese meganismes is om 'n massiewe genoeg saad swart gat te produseer, of 'n vinnige groeikoers behaal? '
"Dit neem tyd vir swart gate om massief te word deur die omringende materiaal aan te vul," het mede-outeur Yi-Ming Zhong, 'n postdoktorale navorser aan die Kavli Institute for Cosmological Physics aan die Universiteit van Chicago, gesê. "Ons referaat toon dat as donker materie selfinteraksies het, die gravotermiese ineenstorting van 'n stralekrans tot 'n massiewe genoeg swart gat kan lei. Die groeikoers sal meer ooreenstem met die algemene verwagtinge."
In astrofisika is die ineenstorting van ongerepte gas in protogalaksies in die vroeë heelal 'n gewilde meganisme wat gebruik word om SMBH's te verklaar.
"Hierdie meganisme kan egter nie 'n massiewe genoeg saad-swart gat produseer om pasgebaseerde SMBH's te akkommodeer nie, tensy die saadswart gat 'n uiters vinnige groeikoers ervaar," het Yu gesê. "Ons werk bied 'n alternatiewe verklaring: 'n selfinteraksie met 'n donker materie-stralekrans ervaar gravotermiese onstabiliteit en die sentrale streek stort in 'n swart swart gat in."
Die verduideliking wat Yu en sy kollegas voorstel, werk op die volgende manier:
Donker materie deeltjies klomp eers saam onder die invloed van swaartekrag en vorm 'n donker materie-stralekrans. Tydens die ontwikkeling van die stralekrans werk twee mededingende kragte - swaartekrag en druk -. Terwyl swaartekrag donker materie-deeltjies na binne trek, druk die druk na buite. As deeltjies van donker materie geen selfinteraksies het nie, word dit, as die swaartekrag dit na die sentrale halo trek, warmer, dit wil sê, hulle beweeg vinniger, die druk neem effektief toe en hulle weerkaats. In die geval van donker interaksie met donker interaksie, kan donkermaterie-selfinteraksies egter die hitte van daardie "warmer" deeltjies na kouer nabygeleë vervoer vervoer. Dit maak dit moeilik vir die donker materie-deeltjies om terug te bons.
Yu het verduidelik dat die sentrale stralekrans, wat in 'n swart gat sou stort, hoekige momentum het, wat beteken dat dit draai. Die selfinteraksies kan viskositeit, of 'wrywing', veroorsaak wat die hoekmomentum versprei. Tydens die ineenstortingsproses krimp die sentrale stralekrans, wat 'n vaste massa het, in radius en vertraag dit as gevolg van viskositeit. Namate die evolusie voortduur, stort die sentrale stralekrans uiteindelik in 'n enkelvoudige toestand in: 'n saad swart gat. Hierdie saad kan massiewer word deur omringende baryoniese - of sigbare - materiaal soos gas en sterre.
"Die voordeel van ons scenario is dat die massa van die saad swart gat hoog kan wees, aangesien dit geproduseer word deur die ineenstorting van 'n donker materie-stralekrans," het Yu gesê. "Dit kan dus in 'n relatiewe kort tydskaal tot 'n supermassiewe swart gat groei."
Die nuwe werk is nuut omdat die navorsers die belangrikheid van barione - gewone atoom- en molekulêre deeltjies - identifiseer om hierdie idee te laat werk.
"Eerstens wys ons die teenwoordigheid van barione, soos gas en sterre, wat die aanvang van die gravotermiese ineenstorting van 'n stralekrans aansienlik kan versnel, en 'n swart swart gat kan vroeg genoeg geskep word," het Wei-Xiang Feng, gegradueerde student van Yu, gesê. en 'n mede-outeur op die vraestel. "Tweedens wys ons dat die selfinteraksies viskositeit kan veroorsaak wat die oorblywende momentum van die sentrale glorie versprei. Derdens ontwikkel ons 'n metode om die toestand te ondersoek om algemene relativistiese onstabiliteit van die ineenstortende glorie te veroorsaak, wat verseker dat 'n saad swart gat kan vorm as daar aan die voorwaarde voldoen word. "
Oor die afgelope dekade het Yu nuwe voorspellings van selfinteraksies oor donker materie en die waarnemingsgevolge daarvan ondersoek. Sy werk het getoon dat selfinteraksie van donker materie 'n goeie verklaring kan bied vir die waargenome beweging van sterre en gas in sterrestelsels.
"In baie sterrestelsels oorheers sterre en gas hul sentrale streke," het hy gesê. "Dit is dus natuurlik om te vra hoe die teenwoordigheid van hierdie baroniese saak die ineenstortingsproses beïnvloed. Ons wys dat dit die aanvang van die ineenstorting sal bespoedig. Hierdie funksie is presies wat ons nodig het om die oorsprong van supermassiewe swart gate in die vroeë heelal te verklaar. Die selfinteraksies lei ook tot viskositeit wat die hoekmomentum van die sentrale glorie kan laat verdwyn en die ineenstortingsproses verder kan help. '
Bykomende inligting
Hierdie waarnemingsresultate word aangebied as Takuma Izumi et al. & # 8220Subaru High-z Verkenning van kwasars met lae helderheid (SHELLQ's). XIII. Grootskaalse terugvoer en stervorming in 'n kwasar met lae helderheid teen z = 7.07, & # 8221 in die Astrophysical Journal op 14 Junie 2021.
Die oorspronklike beeldvrystelling is gepubliseer deur die National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), 'n ALMA-vennoot namens Oos-Asië.
Hierdie navorsing is ondersteun deur die Japan Society for Promotion of Science (JSPS) KAKENHI (No. JP20K14531, JP17H06130, 1146 JP17H01114, JP19J00892), die leidende inisiatief vir uitstekende jong navorsers, MEXT, Japan (HJH02007), NAOJ ALMA Scientific Research Grant ( 2017-06B, 2020-16B), Spaanse MICINN (PID2019-10GB-C33 en & # 8220Eenheid van uitnemendheid María de Maeztu 2020-2023 & # 8221 toegeken aan ICCUB (CEX2019-000918-M)), National Science Foundation of China (11721303 , 11991052, 11950410493, 12073003), National Key R & ampDD Program of China (2016YFA0400702), European Research Council (ERC) Consolidator Grant funding plan (project ConTExt, grant No. 648179), Independent Research Fund Denmark grant DFF – 7014-00017, and die Deense Nasionale Navorsingstigting onder Toekenning 140.
Die Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA), 'n internasionale sterrekundige fasiliteit, is 'n vennootskap van die European Southern Observatory (ESO), die Amerikaanse Nasionale Wetenskapstigting (NSF) en die National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan in samewerking. met die Republiek Chili. ALMA word gefinansier deur ESO namens sy lidlande, deur NSF in samewerking met die National Research Council of Canada (NRC) en die Ministerie van Wetenskap en Tegnologie (MOST) in Taiwan en deur NINS in samewerking met die Academia Sinica (AS) in Taiwan en die Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).
ALMA-konstruksie en -bedrywighede word gelei deur ESO namens sy lidstaten deur die National Radio Astronomy Observatory (NRAO), bestuur deur Associated Universities, Inc. (AUI), namens Noord-Amerika en deur die National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ ) namens Oos-Asië. Die Joint ALMA Observatory (JAO) bied die eenvormige leierskap en bestuur van die konstruksie, inbedryfstelling en werking van ALMA.
Sterrekundiges vind die oudste supermassiewe swart gat in die heelal
Sterrekundiges het ongeveer 750 000 kwasars ontdek, wat een van die helderste en energiekste voorwerpe in die heelal is. Ondanks die oninspirerende benaming, verskil J0313-1806 van ander kwasars. Hierdie onlangs opgemerkte voorwerp is die oudste bekende kwasar in die heelal, met 'n supermassiewe swart gat wat meer as 13 miljard jaar oud is. In werklikheid is dit so oud en groot dat wetenskaplikes nie presies weet hoe dit kon gevorm het nie.
Die eerste kwasars is in die middel van die 20ste eeu ontdek, maar eers 'n paar dekades later het ons begin verstaan wat hierdie voorwerpe was. 'N Kwasar is 'n aktiewe galaktiese kern waarin die supermassiewe swart gat wat die sterrestelsel anker, materie intrek om 'n gasagtige aanwasskyf te vorm. Al hierdie aangeleenthede wat in die swart gat bots, stel 'n stroom elektromagnetiese energie vry wat as kenmerk van hierdie voorwerpe dien. J0313-1806 skyn byvoorbeeld 1000 keer helderder as ons hele sterrestelsel.
J0313-1806 is ver weg & # 8212 13.03 miljard ligjare om presies te wees. Dit beteken dat ons hierdie voorwerp sien, want dit was net 670 miljoen jaar na die oerknal, en dit is steeds groot. Sterrekundiges skat dat J0313-1806 ongeveer 1,6 miljard sonmassas het soos dit waargeneem is. Dit is nie buite die lyn vir 'n supermassiewe swart gat elders in die heelal nie, maar hulle moes langer materie stofsuig en groter word. J0313-1806 moes nie in die vroeë heelal tyd gehad het om so groot te word nie.
Die span het instrumente op die grond soos die Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) en die Mauna Kea Observatories (MKO) gebruik om J0313-1806 verlede jaar op te spoor. Dit het die vorige rekordhouer vir die oudste kwasar, wat ongeveer 20 miljoen jaar jonger is, losgeslaan. Huidige modelle van swart houvorming neem aan dat 'n ster in duie stort om 'n enkelheid te vorm, maar die & # 8220zaadmassa & # 8221 vir J0313-1806 sou minstens 10 000 sonmassas moes wees om 1,6 miljard so vinnig te bereik.
Die M87-supermassiewe swart gat is in 2019 verfilm.
Die studie stel 'n hipotese voor om die bestaan van hierdie bisarre kwasar, wat bekend staan as die direkte ineenstortingscenario, te verklaar. In hierdie model was dit nie 'n ster wat in duie gestort het wat die supermassiewe swart gat gevorm het nie. In plaas daarvan het 'n enorme wolk koue waterstofgas na binne ingestort om 'n veel groter swart gat te vorm as wat enige sterbron kon oplewer. Dit kan verklaar waarom sterrekundiges soveel reusagtige swart gate in die vroeë heelal sien.
Ongelukkig is J0313-1806 so ver dat ons nie veel meer besonderhede met die huidige tegnologie kan versamel nie. Die komende James Webb-ruimteteleskoop kan egter voldoende akkuraat wees vir beeldvoorwerpe soos J0313-1806. Na baie jare van vertragings beplan NASA om die Webb-teleskoop aan die einde van 2021 te loods.
Sterrekundiges vind die verste oulike swart gat ooit
Sterrekundiges het die mees verafgeleë swart gat ooit ontdek. J0313-1806 genoem, die supermassiewe swart gat is in 'n kwasar wat meer as 13 miljard ligjare van ons af geleë is. En die swart gat is so reusagtig dat dit 1,6 miljard keer groter is as ons son.
'N Kwasar is die helderste voorwerp in die hele heelal en is in die middel van 'n sterrestelsel geleë. Binne 'n kwasar lê 'n supermassiewe swart gat wat miljoene tot miljarde keer groter is as 'n son. Aangesien swart gate buitengewone hoeveelhede swaartekrag bevat wat stof en gas vang (en selfs sterre kan uitmekaar skeur), draai 'n sirkel rommel om die swart gat teen baie hoë snelhede wat reuse-hoeveelhede energie uitstraal wat van die aarde af as 'n helder lig gesien kan word. lig. En J0313-1806 is ongelooflik helder, want dit is ongeveer duisend keer helderder as ons Melkwegstelsel.
Sterrekundiges het die kwasar opgespoor deur verskeie sterrewagte te gebruik, soos die Atacama Large Millimeter / submillimeter Array in Chili, sowel as twee sterrewagte in Hawaii wat op Mauna Kea geleë is. Na die opsporing daarvan, kon die kundiges dan die afstand van ons bepaal en kon hulle selfs die supermassiewe swart gat bestudeer.
'N Voorbeeld van 'n swart gat.
Alhoewel hierdie ontdekking werklik boeiend is, laat dit ook heelwat vrae ontstaan. Aangesien dit byvoorbeeld gevorm het toe die heelal net 670 miljoen jaar oud was, weerspreek dit die vorige begrip van hoe hulle groei - dit sou nie moontlik gewees het dat 'n swart gat van so 'n reusagtige grootte in so 'n kort hoeveelheid gevorm het nie. tyd.
Xiaohui Fan, wat 'n sterrekundige aan die Universiteit van Arizona is en 'n skrywer van die studie is, het dit in meer besonderhede uiteengesit: 'Om die swart gat te laat groei tot die grootte wat ons sien met J0313-1806, moet dit begin met 'n saad-swart gat van minstens 10 000 sonmassas. ” 'Dit sou slegs moontlik wees in die scenario vir direkte ineenstorting.' In plaas daarvan dat sterre in die swart gat inmekaar stort, kan dit groot hoeveelhede koue waterstofgas wees.
En dit is nog nie klaar nie, aangesien die kenners glo dat die swart gat elke jaar die ekwivalent van 25 sonmassa's opvreet, volgens die spektrale data wat hulle versamel het. "Hierdie kwasars is vermoedelik nog besig om hul supermassiewe swart gate te bou," het Fan gesê.
Nog 'n voorbeeld van 'n swart gat.
Feige Wang, 'n sterrekundige aan die Universiteit van Arizona en die Steward Observatory en 'n ander skrywer van die studie, het geweeg deur te sê: 'Dit is die vroegste bewys van hoe 'n supermassiewe swart gat sy gasheerstelsel rondom dit beïnvloed,' , "Uit waarnemings van minder sterre sterrestelsels weet ons dat dit moet gebeur, maar ons het dit nog nooit so vroeg in die heelal sien gebeur nie." 'N Kunstenaar se indruk van hoe J0313-1806 kan lyk, kan hier gesien word.
Aantekeninge
[1] Vir meer inligting, sien die persverklaring van Subaru Telescope wat op 13 Maart 2019 uitgereik is, & # 8220Astronomers Discover 83 Supermassive Black Holes in the Early Universe & # 8220. Die aantal sterrestelsels met supermassiewe swart gate wat ontdek is, was 83 ten tyde van hierdie aankondiging, maar die aantal ontdekkings het nou tot meer as 100 toegeneem.
[2] Die rooi verskuiwing van hierdie voorwerp is z = 7.07. Met behulp van die kosmologiese parameters gemeet met Planck (H0 = 67,3 km / s / Mpc, Ωm = 0,315, Λ = 0,685: Planck 2013-resultate), kan ons die afstand na die voorwerp bereken op 13,1 miljard ligjaar. (Verwys na & # 8220Uitdrukking van die afstand na afgeleë voorwerpe & # 8221 vir die besonderhede.)
Hoofinhoud
“Supermassiewe swart gate, oftewel SMBH's, is swart gate met massas wat 'n paar miljoen tot miljard keer die massa van ons son is. Die Melkweg bied 'n SMBH met 'n massa 'n paar miljoen keer die sonmassa aan. Verbasend genoeg toon astrofisiese waarnemings dat SMBH's al bestaan het toe die heelal baie jonk was. Daar word byvoorbeeld 'n miljard sonmassa swart gate gevind toe die heelal net 6% van sy huidige ouderdom was, 13,7 miljard jaar. Hoe ontstaan hierdie SMBH's in die vroeë heelal?
'N Span onder leiding van 'n teoretiese fisikus aan die Universiteit van Kalifornië, Riverside, het met 'n verduideliking vorendag gekom: 'n massiewe swart swart gat wat die ineenstorting van 'n donker stralekrans kan oplewer.
Halo van donker materie is die halo van onsigbare materie wat 'n sterrestelsel of 'n groep sterrestelsels omring. Hoewel donker materie nog nooit in laboratoriums opgespoor is nie, bly fisici vol vertroue dat hierdie geheimsinnige saak wat 85% van die heelal se materie uitmaak bestaan. As die sigbare materie van 'n sterrestelsel nie in 'n donker stralekrans ingebed was nie, sou hierdie saak uitmekaar vlieg.
"Natuurkundiges is verbaas waarom SMBH's in die vroeë heelal, wat in die sentrale streke van donker materiehalo's geleë is, binne 'n kort tydjie so massief groei," het Hai-Bo Yu, medeprofessor in fisika en sterrekunde aan UC Riverside, gesê het die studie gelei wat in Astrophysical Journal Letters verskyn. 'Dit is soos 'n kind van 5 jaar wat 200 pond weeg. So 'n kind sal ons almal verbaas omdat ons die tipiese gewig van 'n pasgebore baba ken en hoe vinnig hierdie baba kan groei. Waar dit by swart gate kom, het fisici algemene verwagtinge oor die massa van 'n saadswart gat en die groeitempo daarvan. Die aanwesigheid van SMBH's dui daarop dat hierdie algemene verwagtinge geskend is, wat nuwe kennis vereis. En dit is opwindend. '
'N Swart swart gat is 'n swart gat in die beginfase - soortgelyk aan die babastadium in die lewe van 'n mens.
"Ons kan aan twee redes dink," het Yu bygevoeg. 'Die saadjie - of' baba '- swart gat is baie massiewer, of dit groei baie vinniger as wat ons gedink het, of albei. Die vraag wat dan ontstaan is wat is die fisiese meganismes om 'n massiewe genoeg saad swart gat te produseer of om vinnig genoeg groeitempo te behaal? '
"Dit neem tyd vir swart gate om massief te word deur die omringende materiaal aan te vul," het mede-outeur Yi-Ming Zhong, 'n postdoktorale navorser aan die Kavli Institute for Cosmological Physics aan die Universiteit van Chicago, gesê. 'Ons referaat toon dat as donker materie selfinteraksies het, kan die gravotermiese ineenstorting van 'n stralekrans tot 'n massiewe genoeg saadgat lei. Sy groeikoers sal meer ooreenstem met algemene verwagtinge. ”
In astrofisika is die ineenstorting van ongerepte gas in protogalaksies in die vroeë heelal 'n gewilde meganisme wat gebruik word om SMBH's te verklaar.
"Hierdie meganisme kan egter nie 'n massiewe genoeg saad-swart gat produseer om pasgebaseerde SMBH's te akkommodeer nie, tensy die saad-swart gat 'n uiters vinnige groeikoers ervaar," het Yu gesê. "Ons werk bied 'n alternatiewe verklaring: 'n self-interaksie met 'n donker materie-stralekrans ervaar gravotermiese onstabiliteit en die sentrale streek stort in 'n swart swart gat in."
Die verduideliking wat Yu en sy kollegas voorstel, werk op die volgende manier:
Donker materie deeltjies klomp eers saam onder die invloed van swaartekrag en vorm 'n donker materie-stralekrans. Tydens die ontwikkeling van die stralekrans werk twee mededingende kragte - swaartekrag en druk -. Terwyl swaartekrag donker materie-deeltjies na binne trek, druk die druk na buite. As deeltjies van donker materie geen selfinteraksies het nie, word dit, as die swaartekrag dit na die sentrale halo trek, warmer, dit wil sê, hulle beweeg vinniger, die druk neem effektief toe en hulle weerkaats. In die geval van donker interaksie met donker interaksie, kan donkermaterie selfinteraksies egter die hitte van daardie 'warmer' deeltjies na kouer nabygeleë vervoer vervoer. Dit maak dit moeilik vir die donker materie-deeltjies om terug te bons.
Yu het verduidelik dat die sentrale stralekrans, wat in 'n swart gat sou stort, hoekige momentum het, wat beteken dat dit draai. Die selfinteraksies kan viskositeit of 'wrywing' veroorsaak wat die hoekmoment laat verdwyn. Tydens die ineenstortingsproses krimp die sentrale stralekrans, wat 'n vaste massa het, in radius en vertraag dit as gevolg van viskositeit. Namate die evolusie voortduur, stort die sentrale stralekrans uiteindelik in 'n enkelvoudige toestand in: 'n saad swart gat. Hierdie saad kan massiewer word deur omringende baryoniese - of sigbare - materiaal soos gas en sterre.
"Die voordeel van ons scenario is dat die massa van die saad swart gat hoog kan wees, aangesien dit geproduseer word deur die ineenstorting van 'n donker materie-stralekrans," het Yu gesê. 'Dit kan dus in 'n relatiewe kort tydskaal tot 'n supermassiewe swart gat groei.'
Die nuwe werk is nuut deurdat die navorsers die belangrikheid van barione - gewone atoom- en molekulêre deeltjies - identifiseer om hierdie idee te laat werk.
"Eerstens wys ons dat die teenwoordigheid van barione, soos gas en sterre, die aanvang van die gravotermiese ineenstorting van 'n stralekrans aansienlik kan bespoedig, en 'n swart swart gat kan vroeg genoeg geskep word," het Wei-Xiang Feng, gegradueerde student van Yu gesê en 'n mede-outeur op die vraestel. 'Tweedens wys ons dat die selfinteraksies viskositeit kan veroorsaak wat die oorblywende momentum van die sentrale glorie laat verdwyn. Derdens ontwikkel ons 'n metode om die toestand te ondersoek om algemene relatiwistiese onstabiliteit van die ineenstortende glorie aan te wakker, wat verseker dat 'n saad swart gat kan vorm as die voorwaarde bevredig word. '
Oor die afgelope dekade het Yu nuwe voorspellings van selfinteraksies oor donker materie en die waarnemingsgevolge daarvan ondersoek. Sy werk het getoon dat selfinteraksie van donker materie 'n goeie verklaring kan bied vir die waargenome beweging van sterre en gas in sterrestelsels.
"In baie sterrestelsels oorheers sterre en gas hul sentrale streke," het hy gesê. 'Dit is dus natuurlik om te vra hoe die teenwoordigheid van hierdie baroniese saak die ineenstortingsproses beïnvloed. Ons wys dat dit die aanvang van die ineenstorting sal bespoedig. Hierdie funksie is presies wat ons nodig het om die oorsprong van supermassiewe swart gate in die vroeë heelal te verduidelik. Die selfinteraksies lei ook tot viskositeit wat die hoekmomentum van die sentrale stralekrans kan versprei en die ineenstortingsproses verder kan help. ”
Die studie is gefinansier deur die Amerikaanse Departement van Energie NASA, die Kavli Institute for Cosmological Physics en die John Templeton Foundation.
Die navorsingsartikel is getiteld "Seeding Supermassive Black Holes with Self-Interacting Dark Matter: A Unified Scenario with Baryons."
Die bou van 'n supermassiewe swart gat in minder as 'n miljard jaar
Leser se kommentaar
Deel hierdie verhaal
Dekades van die sterrekunde het aan die lig gebring dat supermassiewe swart gate, wat tot miljarde keer die massa van die son weeg, in die sentrums van die meeste sterrestelsels woon, indien nie almal nie. In sommige sterrestelsels gee hierdie swart gate kwasare, waarin die energieke materie naby die swart gat baie lig uitstraal. Hierdie uitset het ons gehelp om kwasars op groot afstande op te spoor, wat beteken dat dit dateer uit die heelal van 'n paar honderd miljoen jaar oud.
Dit laat 'n duidelike vraag ontstaan: hoe kan u binne so 'n (relatiewe) kort kwessie van tyd iets so groot bou? 'N Resensie in vandag se uitgawe van Wetenskap (deel van 'n reeks artikels wat toegewy is aan swart gate) beskryf verskeie moontlike middele om 'n swart gat van hierdie grootte op 'n baie streng skema te genereer.
Die meeste swart gate word vervaardig deur supernovas, wat veroorsaak word deur sterre wat minder as 100 keer die massa van die son is. Dit laat swart gate agter wat net 'n paar keer die sonmassa is. Alhoewel dit kan groei deur materiaal uit hul omgewing in te haal, sal dit baie lank baie vinnig nodig wees - dit is eenvoudig nie realisties dat dit die reuse in sterrestelsels se kern veroorsaak het nie.
Maar daar is baie redes om te dink dat hulle nie nodig sou wees nie. Verskeie modelle van stervorming dui aan dat die eerste sterre honderd keer die massa van die son was, veel groter as enige sterre waarvan ons vandag seker is. Dit is omdat hulle gevorm het in die afwesigheid van swaarder elemente, wat 'n doeltreffender stervorming moontlik maak deur hitte wat deur die gravitasie-ineenstorting van die ster ontstaan, uit te straal. Met geen van hierdie swaar elemente nie, moes sterre baie swaarder wees om hul eie hitte te oorkom.
Aan die hoë kant het hierdie ultra-swaargewigte nie die soort lewensiklus wat ons met sterre in die huidige heelal assosieer nie. Moderne sterre vind 'n balans tussen die innerlike swaartekrag en die uitwaartse druk wat deur samesmelting aangedryf word, en kan miljarde jare brand. In hierdie vroeë sterre is swaartekrag so groot dat samesmelting nooit 'n kans het nie - hulle val eenvoudig direk in 'n swart gat wat ongeveer 200 keer die sonmassa weeg. As genoeg hiervan in die hart van vroeë sterrestelsels ontstaan, kan samesmeltings en 'n vinnige ophoping van gas voldoende wees om dit vinnig te laat groei.
'N Variasie op hierdie idee skuif die samesmeltings vroeër. In hierdie model hoef die aanvanklike sterre nie so groot te wees nie - dit kan 'n goeie ding wees, aangesien sommige modelle van stervorming nou daarop dui dat ligter sterre in die vroeë Heelal kon gevorm het. In die digte sentrums van die vroegste sterrestelsels kon hierdie sterre egter bots en saamsmelt en 'n supermassiewe ster vorm, 'n paar duisend keer die massa van die son. As dit vinnig genoeg gebeur, kan die ster direk ineenstort in 'n swart gat wat 1000 keer die massa van die son is.
Ten slotte is die mees eksotiese opsie wat oorweeg word, waar dinamiese onstabiliteit in 'n groot gaswolk 'n skielike en vinnige val kan veroorsaak wat vinnig genoeg is om die uiterlike druk van samesmelting te oorkom. In hierdie geval sal die kern van die ster in 'n swart gat ineenstort, selfs al val meer materiaal in die buitenste lae van die liggaam. Dit sou iets skep wat 'n holle dop van 'ster' is wat 'n groot swart gat omring, wat materiaal net vinniger sou sif as wat dit aangekom het. Teen die tyd dat die swart gat die dop heeltemal ingesluk het, dui die modelle aan dat dit so massief soos 'n miljoen Suns kan wees.
Hoe kan ons tussen hierdie modelle onderskei? Een opsie sou wees om meer kwasars aan die verste rande van die sigbare heelal te bestudeer, aangesien dit die oudste en dus die naaste aan die oorspronklike vorming van hul swart gate sou wees. But the best option would be to have a record of the violent events that produce them. For that, we have to wait for the further development of gravity wave detectors.
None of these mechanisms provide for a black hole with billions of solar masses. But the star forming regions of the early Universe were probably dense enough that collisions among small protogalaxies were common, and these should lead to mergers of these central black holes. But that's something we do have a grip on, as demonstrated by a video of merger simulations that accompanied Science's black hole package.
Supporting 'Coevolution' Notion
Remarkably, the bulge's mass in J1243+0100 was discovered to be approximately 30 billion times larger than that of the sun, whereas the mass of the supermassive black hole of the galaxy was approximated to be roughly one percent of that.
The ratio is vitally the same as the black holes' mass ratio to the galaxy in today's universe. To the researchers, this validates how important black holes are in impacting the galaxies' growth, supporting the idea of coevolution from the universe's early period.
Commenting on their finding from the study entitled, "Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQs). XIII. Large-scale Feedback and Star Formation in a Low-Luminosity Quasar at z = 7.07 on the Local Black Hole to Host Mass Relation", published in the Astrophysics Journal, Izumi said that their observations support recent "high-precision computer simulations" which have forecasted that coevolutionary associations were in place even at roughly 13 billion years back.
The researchers are now planning to observe in the future a large pool of space objects with the objective of clarifying whether the primordial coevolution seen in the object is a precise image of the general universe at that time or not Izumi commented further.
Related information about galactic winds is shown on The Real MLordandGod's YouTube video below:
Check out more news and information on Space on Science Times.
