Обнуляем desempenho: um novo modelo de nascimento de buracos negros supermassivos

Buracos negros supermaciços — objetos, centenas de milhões ou até bilhões de vezes enormes normal da estrela, — talvez o mais enigmático objetos moderna astrofísica. Eles se escondem nos corações da maioria dos grandes galáxias, incluindo a nossa via Láctea. Dada a sua onipresença, esses buracos negros podem desempenhar um papel vital na formação e evolução do Universo. Mas como eles se tornaram tão maciças — essa questão ainda incomoda teóricos de todo o mundo.

Mais uma suposição razoável — o que esses monstros poderiam crescer tão, apenas absorvendo grandes quantidades de gás ao longo de bilhões de anos — hoje refutada. Recentes pesquisas demonstram a existência de buracos negros, que estavam em milhares de milhões de vezes enormes Sol já através do 800 milhões de anos após o Big Bang. E novamente a pergunta: como eles растолстели tão rapidamente? A maioria dos астрофизиков concordam que buracos negros supermaciços deveriam chocar pequenas "sementes" de buracos negros. Só não está claro o quão humilde deve ser é a semente. Uma escola de pensamento acredita que sementes buracos negros devem ser grandes — milhares ou dezenas de milhares de massas solares; a outra, a de que as sementes podem ser pequenas — não mais de uma centena de massas solares.

Os dois campos devem controlar o fato de que buracos negros são vorazes consumidores. A gravidade pode стягивать gás exatamente até o momento em torno de um buraco negro não vai começar a acumular a substância, formando branco quente disco, emitindo intensa radiação e repulsivo vindo a gás, portanto, que corta o fornecimento de alimentos. Isso é chamado de limite de Эддингтона. Acredita-se que ele diminui consideravelmente a velocidade com que o buraco negro pode absorver a substância e a crescer. A vantagem de modelos que usam sementes pequenas, é que tais полусредние buracos negros é bastante fácil de fabricar; a desvantagem é que para rapidamente transformar-se em buracos negros supermaciços eles devem ultrapassar o limite de Эддингтона e, contando com uma variedade de possíveis exceções, ignorar suas limitações. O modelo com uma grande semente, ao contrário, cumprem o limite, fornecendo сверхмассивным preto дырам um começo, para que eles possam comer tanto quanto possível do gás, antes de atingido o limite, mas sementes grandes é mais difícil e fazer. Gigante nuvem de gás, que pode коллапсировать com a formação de grandes sementes, também pode desintegrar-se em pequenos pedaços, formando aglomerados de estrelas, e não as grandes buracos negros.

Não importa, é você para grandes ou pequenas sementes "foi um monte de teorias, que tentam explicar a existência ou a distribuição de buracos negros supermassivos, mas nenhum deles ofereceu uma solução natural", disse Naoki Yoshida, um astrofísico da universidade de Tóquio. Yoshida é um defensor de grandes sementes, e também co-autor de um artigo publicado na semana passada na revista Science. Nela, ele disse, como buracos negros supermaciços formaram inesperadamente uma grande população destes no Universo jovem. Sua "solução natural", sugere a alta velocidade, fluxos de gás, a corrente através do Universo após o Big Bang e projetando um importante catalisador. Em particular, ele confia na estimativa de interação entre гамильтонианом e matéria escura — a misteriosa substância invisível, que, aparentemente, funciona como o adesivo para galáxias.

Criando um buraco negro

, Juntamente com seus colegas na universidade do Texas em Austin e a Universidade de Tübingen, na Alemanha Yoshida usei o computador de simulação para recriar as condições no início do Universo, definindo parâmetros cosmológicos, como a densidade de matéria escura, que os astrônomos calcularam a medição da composição do início do Universo.

"Nós tentamos reproduzir este é o estado inicial, como perto de um verdadeiro observações", disse Yoshida, "e deram o Universo, o tempo para o desenvolvimento".

De Acordo com o моделированиям cientistas, em algumas partes do Universo, a gravidade da matéria escura possa capturar rapidamente o movimento de fluxos primários de hidrogênio e hélio, restantes após o Big Bang. Um pouco mais tarde, como descobriram os cientistas, estes são os primeiros de gaza, dividido em algumas áreas, a selvagem de velocidade — a, tornavam-se "rápido" vento", como diz Yoshida. "Você deve entender, como é difícil pegar o gás, que rapidamente está se movendo," disse Yoshida. Coloque a mão sob a mangueira de incêndio — e a água instantaneamente impedi-lo. "A única maneira de parar este vento forte — aplicar forte o suficiente para a gravidade", diz ele. Cientistas estimam que, para cada três bilhões de anos-luz no início do Universo foi o suficiente matéria escura, para que a gravidade podia capturar o tal vento — se a guiar o curso do rio a maré. Esta atração entre o gás e matéria escura criou uma grande nuvem de gás e não deu formar uma pequena estrelas no caminho.

Смоделированное nuvem de gás, em seguida, коллапсировало na grande estrela, que continuou a absorver mais gás ainda não chegou a 34 000 massas solares. Esta incrivelmente maciça hipotética estrela poderia alcançar tal valor somente no caso em que era dos puros de hidrogênio com hélio — dois elementar de carbono, que circulou no início do Universo antes que as primeiras estrelas começaram сверхновыми, das quais mais tarde saíram pesados os elementos — o carbono, o nitrogênio, o oxigênio. Idéias semelhantes foram anteriormente, mas trabalho o modelo apresentou pela primeira vez.

"a Nossa simulação em computador mostraram que esse tipo de fenômeno realmenteacontecem, e são as grandes estrelas, de fato, podem se formar", disse Yoshida. Digitando uma gigantesca massa, a estrela finalmente colapsa e se torna a semente para сверхмассивной de um buraco negro. Yoshida acredita que a solução definitiva e natural. Mas não todo o que com ele concordam.

a Resposta é boa, mas…

Outros cientistas, que é aprovam a hipótese com grandes sementes, caso contrário, vêem primordial para a formação dessas sementes. Um estudo recentemente publicado na Nature Astronomy, por exemplo, sugere que essas sementes não são formados no processo de movimentos estranhos de matéria escura, mas sim devido ao comportamento normal de estrelas em galáxias. Em tal cenário de explosões de luz ultravioleta em um processo rápido de formação de estrelas em uma galáxia perto irá interferir com a formação de estrelas no gigante nuvem de gás, de modo que ele permanecerá vazia o suficiente para acabar коллапсировать no buraco negro com uma massa de até 100 000 de sol.

John Weiss, um astrofísico do instituto de tecnologia da Geórgia e co-autor do estudo na Nature Astronomy, acredita que este novo trabalho será um importante passo em frente neste campo, porque Yoshida e seus colegas primeiro tem consequências dos movimentos do primeiro gás para a formação de buracos negros supermassivos. Mas ele diz que sua teoria não nega a sua própria.

"Eu acho que há muitas maneiras de formar сверхмассивную buraco negro", diz ele. "Este é apenas um deles, é possível". No entanto, ele acrescenta que encontrar tão rápido movimento de gaza, no início do Universo não seria uma tarefa fácil. As chances de tropeçar em tais ventos no início do Universo, de acordo com Йошиды, são cerca de 0,3%. Mas e gigantescas nuvens de gás, соседствующие com jovens fábricas de produção de estrelas, também são incomuns, acredita o cientista. "Ainda não sei qual é a probabilidade de um evento como esse", disse Yoshida.

Greg Brian, um astrofísico da universidade de Columbia e autor principal do trabalho na Nature Astronomy, elogia novos resultados. "Não é a resposta final, mas até que ele é o mais adequado para o fazer de um determinado modo de formação de buracos negros", diz ele. Também preocupado com o quão perto é uma simulação para a formação de pequenas estrelas. Para se formou um buraco negro, os primeiros gases deveriam reunir-se em uma área muito pequena, o que poderia não acontecer se eles foram divididos em pequenos скоплениями estrelas. Se mudar um pouco as condições de simulação, é uma grande semente, não é formado. "Por outro lado, eu gosto de seu modelo, eu acredito que ela", acrescenta Brian.

Fulvio Meliá, um astrofísico da universidade do Arizona, não contente com esta teoria. "Os autores contam com um monte de desconhecido física, como todas as outras hipóteses sobre a formação de maciços de sementes ou de rápido crescimento objetos semelhantes", diz ele. "Valeria a pena fazer específico suposições sobre o comportamento da matéria escura, mas ainda não sabemos o que ela é".

Grão de dúvida

Para finalmente responder à pergunta sobre como aparecem essas enormes bestas, os cientistas apontam para uma possibilidade futura de vigilância essas "sementes" no início do Universo com o uso de telescópios de última geração. Essa possibilidade ocorreria em breve. Já lançadas várias iniciativas, como, por exemplo, a missão da ESA ATHENA, que está se preparando para lançar em 2028, e será capaz de travar as emissões de raios-x desses buracos gigantes. Está prestes a ganhar um telescópio espacial James Вебба, que tratará do estudo primeiras estrelas e galáxias do Universo.

"o Interessante é que essas idéias, você poderá verificar já nos próximos dois anos, porque as pessoas vão encontrar esses objetos por todo o céu", diz o Meliá.