Користећи нови рачунарски модел формирања галаксија, истраживачи су показали да растуће црне рупе ослобађају експлозију енергије која темељно регулише еволуцију галаксије и сам раст црне рупе. Модел објашњава по први пут опажене појаве и обећава да ће пружити дубљи увид у наше разумевање формирања галаксија и улоге црних рупа током свемирске историје, како тврде њени творци. Објављени у часопису Натуре за фебруар 10. фебруара, резултате су створили астрофизичарка Универзитета Царнегие Меллон Тизиана Ди Маттео и њене колеге док су боравили на Институту Мак Планцк Астропхисик у Немачкој. Ди Маттеови сарадници укључују Волкера Спрингела из Мак-Планцк института за астрофизику и Ларс Хернкуист-а на Харвард универзитету.
"Последњих година научници су почели да разумеју да укупна маса звезда у данашњим галаксијама директно одговара величини црне рупе галаксије, али до сада нико није могао да објасни ову посматрану везу", рекао је Ди Маттео, доцент физике из Царнегие Меллона. "Употреба наших симулација дала нам је потпуно нов начин да се истражи овај проблем."
Кључ истраживача? пробој је укључивао прорачуне динамике црних рупа у рачунски модел формирања галаксија.
Како су се галаксије формирале у раном свемиру, вероватно су у својим центрима садржавале мале црне рупе. У стандардном сценарију формирања галаксија, галаксије расту спајајући се једна с другом повлачењем гравитације. У том се процесу црне рупе у њиховом средишту спајају и брзо расту до достигнуте опажене масе, милијарду пута већу од Сунца; стога се називају супермасивне црне рупе. Такође у време спајања већина звезда формира се из расположивог гаса. Данашње галаксије и њихове средишње црне рупе морају бити резултат низа таквих догађаја.
Ди Маттео и њене колеге симулирале су судар двеју првобитних галаксија и откриле да су се две супермасивне црне рупе, кад су се две галаксије спојиле, спојиле и у почетку трошиле околни гас. Али ова активност је била ограничавајућа. Како је остатак галаксије, супермасивна црна рупа усисавала гас, снабдевала је луминесцентно стање звано квазар. Квазар је енергизирао околни гас до те мере да је издуван из близине супермасивне црне рупе до спољне стране галаксије. Без плина у близини, супермасивна црна рупа галаксије не би могла „јести“ да би се одржала и постала успавана. У исто време, гас више није био доступан за формирање више звезда.
„Открили смо да енергија коју црне рупе ослобађају током квазарске фазе покреће јак ветар који спречава да материјал падне у црну рупу“, рекао је Спрингел. „Овај процес кочи даљи раст црних рупа и искључује квазар, баш као што се формирање звезда зауставља унутар галаксије. Као резултат тога, маса црне рупе и маса звезда у галаксији су уско повезане. Наши резултати такође први пут објашњавају зашто је век квазара тако кратка фаза у поређењу са животом галаксије. "
Ди Маттео, Спрингел и Хернкуист су у својим симулацијама открили да црне рупе у малим галаксијама самоиницијативно ограничавају њихов раст него у онима у већим галаксијама. Мања галаксија садржи мање количине гаса тако да мала количина енергије из црне рупе може брзо да издува тај гас. У великој галаксији црна рупа може достићи већу величину пре него што је околни гас довољно напуњен да може престати да пада. Својим гасом који се брзо троши, мање галаксије чине мање звезда. Са дугоживијим базеном гаса, веће галаксије чине више звезда. Ови налази се подударају са уоченом везом између величине црне рупе и укупне масе звезда у галаксијама.
„Наше симулације показују да саморегулација може квантитативно објаснити посматране чињенице повезане са црним рупама и галаксијама“, рекао је Хернкуист, професор и катедра за астрономију на Харвард факултету за науку и науку. "То даје објашњење порекла живота квазара и требало би да нам омогући да разумемо зашто су квазари били у обилном раном универзуму него данас."
„Помоћу ових израчунавања, сада видимо да црне рупе морају имати огроман утицај на начин на који се галаксије формирају и развијају“, рекао је Ди Маттео. „Досадашњи успеси ће нам омогућити да применимо ове моделе у већим симулираним универзумима, тако да можемо разумети како велике популације црних рупа и галаксија утичу једна на другу у космолошком контексту.“
Тим је извео своје симулације опсежним рачунарским ресурсима Центра за паралелно астрофизичко рачунање при Харвард-Смитхсониан Центру за астрофизику и на Рецхензентрум дер Мак-Планцк-Геселлсцхафт у Гарцхингу.
Изворни извор: Извештај вести Института Мак Планцк
