Eccolo qui, l'idea: un nuovo modello di nascita dei buchi neri supermassicci

I buchi neri supermassicci — oggetti, in centinaia di milioni o addirittura miliardi di volte più massiccio di una stella normale, è probabilmente il più misteriosi oggetti moderna astrofisica. Essi si nascondono nei cuori della maggior parte delle grandi galassie, compresa la nostra via Lattea. Data la loro ubiquità, questi buchi neri possono giocare un ruolo fondamentale nella formazione e nell'evoluzione dell'Universo. Ma come sono diventati così massiccia — la questione è ancora preoccupato teorici di tutto il mondo.

La Cosa più sensata l'ipotesi che questi mostri hanno potuto svilupparsi così, solo assorbire enormi quantità di gas nel corso di miliardi di anni — oggi smentito. Recenti osservazioni hanno dimostrato l'esistenza di buchi neri, che sono state in miliardi di volte più massiccio del Sole dopo 800 milioni di anni dopo il Big Bang. E ancora una domanda: come si ingrassano così rapidamente? La maggior parte astrofisici concordano sul fatto che i buchi neri supermassicci dovevano schiudersi dei piccoli «semi» buchi neri. Solo che non è del tutto chiaro, per quanto modesto dovrebbe essere tale seme. Una scuola di pensiero ritiene che seminali buchi neri dovrebbero essere grandi — migliaia o decine di migliaia di masse solari; l'altro — che i semi possono essere di piccole dimensioni — non più di un centinaio di masse solari.

Entrambi i campi devono sfruttare il fatto che i buchi neri sono voraci consumatori. La gravità può sfuggire gas uniformemente fino al momento in cui intorno a un buco nero non inizia ad accumularsi sostanza, formando bianco caldo disco radiante intensa radiazione e ripugnante proveniente gas, quindi tagliando la fornitura di cibo. Questo è chiamato il limite di Eddington. Considerato che è seriamente riduce la velocità con cui un buco nero in grado di assorbire la sostanza e crescere. Il vantaggio dei modelli che utilizzano piccoli semi, che полусредние i buchi neri sono abbastanza facili da produrre; lo svantaggio è che per una rapida trasformazione in buchi neri supermassicci devono superare il limite di Eddington e, basandosi su una serie di possibili eccezioni, oltrepassare i suoi limiti. Modello con un seme, invece, rispettano il limite, fornendo сверхмассивным buchi neri alto inizio, in modo che possano divorare quanto più gas possibile, prima di raggiungere il limite — ma più grandi semi più difficile e fare. Gigantesche nubi di gas, che può collassare con la formazione di grandi semi, può anche rompersi in piccoli pezzi, formando ammassi di stelle, ma non un grande buco nero.

Non importa, si prende per grandi o piccoli semi, «è stato un sacco di teorie che cercano di spiegare l'esistenza o l'assembly di buchi neri, ma nessuno di loro non ha proposto una soluzione naturale», dice Naoki Yoshida, un astrofisico presso l'università di Tokyo. Yoshida è un sostenitore di grandi semi, e anche co-autore di un articolo pubblicato la scorsa settimana sulla rivista Science. In esso, egli ha detto, come i buchi neri supermassicci formato improvvisamente una grande popolazione di ardere nel giovane Universo. La sua «soluzione naturale», suggerisce ad alta velocità, i flussi di gas, corrente attraverso l'Universo dopo il Big Bang e sporgenti un importante catalizzatore. In particolare, esso si basa su l'interazione tra гамильтонианом e materia oscura, misteriosa sostanza invisibile che, a quanto pare, funziona come gravità colla per galassie.

Coltivando un buco nero

Insieme con i colleghi presso l'università del Texas a Austin e l'Università di Tubinga in Germania Yoshida ha usato simulazioni al computer per ricreare le condizioni dell'Universo primordiale, impostando i parametri cosmologici, come la densità di materia oscura, che gli astronomi hanno calcolato misurando la composizione dell'Universo primordiale.

«Abbiamo cercato di riprodurre questo è lo stato iniziale il più vicino possibile alle reali osservazioni», dice Yoshida, «e dato Universo di tempo per lo sviluppo».

Secondo моделированиям studiosi, in alcune parti dell'Universo gravità della materia oscura potrebbe acquisire rapidamente in movimento flussi primaria di idrogeno e di elio, rimanenti dopo il Big Bang. Un po ' più tardi, come hanno scoperto gli scienziati, questi sono i primi gas dispersa in alcune aree fino a velocità selvaggio — è diventato «più veloce del vento», come dice Yoshida. «Si deve rappresentare, per quanto difficile da catturare il gas, che molto rapidamente si muove», dice Yoshida. Sostituire la mano sotto la manichetta — e l'acqua istantaneamente scoraggiare. «L'unico modo per fermare questo vento forte — applicare abbastanza forte gravità», dice. Gli scienziati hanno calcolato che per ogni tre miliardi di anni luce nell'Universo primordiale era abbastanza materia oscura, per la sua gravità riusciva a catturare un vento se dirigere il corso del fiume invertito. Questa attrazione tra gas e materia oscura ha creato una grande nube di gas e non ha dato formare una piccola stelle sulla strada.

Simulazione gas nuvola poi коллапсировало in una massiccia stella, che ha continuato ad assorbire più di gas, fino a quando non ha raggiunto il 34 000 masse solari. Questa straordinaria massiccia ipotetica stella poteva raggiungere tale grandezza solo in quel caso, se era di puro idrogeno e l'elio — due elementare di gas, che volteggiano nell'Universo primordiale, prima che, come i primi, le stelle diventano supernove, di cui in seguito sono usciti gli elementi pesanti — il carbonio, l'azoto, l'ossigeno. Idee simili si sono espressi in precedenza, ma il modello di lavoro presentato per la prima volta.

«il Nostro simulazioni al computer hanno dimostrato che questo tipo di fenomeno davveroaccadono, e i grandi stelle, infatti, possono formare», dice Yoshida. Digitando massa gigante, stella finalmente collassa e diventa il seme di un buco nero supermassiccio. Yoshida ritiene la decisione definitiva e naturale. Ma non tutti sono d'accordo con lui.

la Risposta è buona, ma…

Altri scienziati, che è approvano l'ipotesi con i grandi semi, altrimenti vedono iniziale la formazione di questi semi. La ricerca recentemente pubblicata su Nature Astronomy, ad esempio, suggerisce che i semi non si formano nel processo di strani movimenti di materia oscura, ma piuttosto a causa di comportamenti normali stelle nelle galassie. In un tale scenario potenti esplosioni di luce ultravioletta nel processo di rapida formazione di stelle di una giovane galassia distante da interferire con la formazione di stelle nel gigante del gas cloud, in modo che rimarrà vuoto abbastanza a lungo, per poi collassare in un buco nero con una massa fino a 100 000 solari.

John Weiss, un astrofisico presso il Georgia institute e co-autore dello studio su Nature Astronomy, ritiene che questo nuovo lavoro sarà un importante passo in avanti in questo campo, perché Yoshida e i suoi colleghi primi modellato le conseguenze dei movimenti di prima gas per la formazione di buchi neri supermassicci. Ma lui dice che la loro teoria non nega la sua.

«penso che ci Sono un sacco di modi per formare сверхмассивную buco nero», dice. «Questo è solo uno di questi, è possibile». Egli aggiunge, che trova così in rapido movimento gas nell'Universo, sarebbe stato molto difficile. Le probabilità di imbattersi in questi venti nell'Universo primordiale, secondo Yoshida, costituiscono circa il 0,3%. Ma e gigantesche nubi di gas limitrofi con i giovani fabbriche per la produzione di stelle, sarà anche raro, ha detto lo scienziato. «Non so nemmeno qual è la probabilità di un tale evento», dice Yoshida.

Greg Brian, astrofisico della Columbia university e autore principale del lavoro in Nature Astronomy, apprezza i nuovi risultati. «Non è una risposta definitiva, ma mentre lui è più adatto per quel particolare modalità di formazione dei buchi neri», dice. Anche fastidio, quanto vicino è simulazione alla formazione di piccole stelle. Per si è formato un buco nero, i primi gas dovevano riunirsi in un campo molto piccolo, cosa che non poteva accadere, se essi sono stati suddivisi in piccoli ammassi di stelle. Se cambiare un po ' le condizioni di simulazione, massiccia seme non si forma. «D'altra parte, mi piace il loro modello, io le credo», aggiunge Brian.

Fulvio Melia, astrofisico university of Arizona, non è entusiasta di questa teoria. «Gli autori si basano su un mucchio di sconosciuto fisica, come tutte le altre ipotesi sulla formazione di una massa di semi o rapida crescita oggetti simili», dice. «Varrebbe la pena di fare una specifica ipotesi sul comportamento della materia oscura, ma non sappiamo neanche cosa sia».

il seme del dubbio

Per rispondere definitivamente alla domanda su come appaiono queste enormi bestie, gli scienziati indicano la possibilità futura di sorveglianza di questi «semi» nell'Universo primordiale con l'uso di telescopi di nuova generazione. Tale possibilità si avrà nel breve tempo. Già avanzato una serie di iniziative, ad esempio, la missione dell'ESA ATHENA, che si appresta a lanciare nel 2028 e può prendere i raggi x, le emissioni di questi supermassive giganti. Ecco guadagna il telescopio spaziale James Webb space telescope, che si occuperà dello studio delle prime stelle e galassie dell'Universo.

«la cosa Interessante è che queste idee sarà possibile verificare già nei prossimi due anni, perché la gente potrà trovare questi oggetti in tutto il cielo», dice Melia.