Supermassive schwarze Löcher — Objekte, in die Hunderte von Millionen oder sogar Milliarden mal schwerer normalen Stern, — wohl die rätselhaftesten Objekte der modernen Astrophysik. Sie verstecken sich in den Herzen der meisten großen Galaxien, einschließlich unserer Milchstraße. Angesichts Ihrer Allgegenwart, diese schwarzen Löcher können eine entscheidende Rolle spielen bei der Bildung und Evolution des Universums. Aber da Sie so Massiv — diese Frage bisher stört Theoretiker der ganzen Welt.
Das vernünftigste Hypothese — dass diese Monster konnten so wachsen, nur absorbieren große Mengen an Gas im Laufe von Milliarden Jahren — heute widerlegt. Aktuelle Beobachtungen zeigten die Existenz von schwarzen Löchern, die zu Milliarden mal mehr Masse der Sonne bereits über 800 Millionen Jahre nach dem Urknall. Und wieder die Frage: wie Sie Fett so schnell? Die meisten Astrophysiker sind sich einig, dass Supermassive schwarze Löcher mussten schlüpfen aus kleinen «Samen» von schwarzen Löchern. Einfach nicht ganz klar, wie bescheiden sein sollte ist der Samen. Eine Schule des Denkens glaubt, dass Saatgut schwarze Löcher sollten groß — Tausende oder Zehntausende von Sonnenmassen; die andere — dass die Samen kann klein sein — nicht mehr als hundert Sonnenmassen.
Beide Lager müssen irgendwie einzudämmen, ist die Tatsache, dass schwarze Löcher sind gefräßige Esser. Die Schwerkraft kann zusammenzureißen Gas genau bis zu dem Moment, bis um das schwarze Loch anfängt Substanz ansammeln, bilden eine weiße heiße Scheibe, emittiert Intensive Strahlung und abstoßenden kommt das Gas, also das abschneiden der Versorgung mit Lebensmitteln. Das nennt man Eddington-Grenze. Es wird angenommen, dass er ernsthaft die Geschwindigkeit, mit der ein Schwarzes Loch kann die Substanz zu absorbieren und zu wachsen. Der Vorteil von Modellen mit kleinen Samen, ist, dass solche полусредние schwarze Löcher ganz leicht herstellen; der Nachteil ist, dass für eine schnelle Umwandlung in Supermassive schwarze Löcher, sollten Sie die Eddington-Grenze passieren und sich auf verschiedene mögliche Ausnahmen, seine Grenzen zu umgehen. Modelle mit großen Samen, im Gegenteil, sich an die Grenze, indem сверхмассивным schwarze Löcher Vorsprung, damit Sie fressen, wie Sie mehr Gas, bevor die Grenze erreicht — aber größere Samen schwieriger und tun. Riesige Wolken aus Gas, die kollabieren kann mit der Bildung von großen Samen, kann auch zerfallen in kleine Fetzen, die Bildung von Clustern von Sternen, schwarze Löcher sind nicht groß.
Egal, sprechen Sie für große oder kleine Samen, «es gab viele Theorien, die versuchen zu erklären, die Existenz oder die Baugruppe Supermassive schwarze Löcher, aber keiner von Ihnen bot eine Natürliche Entscheidung», sagt Naoki Yoshida, Astrophysiker an der Universität von Tokio. Yoshida ist ein Verfechter der großen Samen und Mitautor eines Artikels Letzte Woche in der Zeitschrift Science. Darin erzählte er, wie Supermassive schwarze Löcher bildeten plötzlich eine große population davon in einem Jungen Universum. Seine «Natürliche Lösung» beinhaltet High-Speed-Streams von Gas, die durch das Universum nach dem Urknall und Referenten ein wichtiger Katalysator. Insbesondere stützt Sie sich auf zukünftige Interaktion zwischen гамильтонианом und dunkle Materie — die geheimnisvollen unsichtbaren Substanz, die, auf-sichtbar, wirkt wie ein Gravitations Klebstoff für Galaxien.
Wächst das schwarze Loch
Zusammen mit Kollegen an der University of Texas in Austin und an der Universität Tübingen in Deutschland Yoshida nutzte Computersimulationen zur Rekonstruktion der Bedingungen im frühen Universum, indem Sie kosmologische Parameter, wie die Dichte der dunklen Materie, die Astronomen haben errechnet durch Messung der Zusammensetzung des frühen Universums.
«Wir haben versucht, die Wiedergabe dieser ursprünglichen Zustand so nah wie möglich an den realen Beobachtungen», sagt Yoshida, «und gab dem Universum die Zeit auf die Entwicklung».
Nach моделированиям Wissenschaftler, die in einigen teilen des Universums die Gravitation der dunklen Materie konnte das erfassen von sich schnell bewegenden Ströme des primären Wasserstoff und Helium, die restlichen nach dem Urknall. Ein wenig später, als Wissenschaftler, diese ersten Gase dispergiert in einigen Bereichen bis zu wilden Geschwindigkeiten — wurde «schneller wind», sagt Yoshida. «Sie müssen sich vorstellen, wie schwer zu fangen ist ein Gas, das sehr schnell bewegt», sagt Yoshida. Ersetzen Sie Ihre Hand unter Feuerwehrschlauch und Wasser sofort zu blockieren. «Der einzige Weg, stoppen Sie diesen starken wind — übernehmen die Gravitation stark genug», sagt er. Wissenschaftler schätzen, dass auf alle drei Milliarden Lichtjahre im frühen Universum gab es genug dunkle Materie, um seine Gravitation könnte zu erfassen, wie ein wind — ob um den Verlauf des Flusses zurück. Diese Attraktion zwischen Gas und dunkler Materie hat eine große Gaswolke gebildet und hat nicht die kleinen Sterne auf dem Weg.
Die simulierte Gaswolke dann коллапсировало in einem massiven Stern, die weiterhin mehr Gas zu absorbieren, noch nicht erreicht 34 000 Sonnenmassen. Diese ungewöhnlich massive hypothetische Stern erreichen kann, ist ein solcher Wert nur dann, wenn es Bestand aus reinem Wasserstoff mit Helium — zwei Elementare Gase, die Kreisen im frühen Universum, bevor die ersten Sterne wurden Supernovae, aus denen später die schweren Elemente Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff. Ähnliche Ideen gab es früher, aber Arbeitsmodell zum ersten mal präsentierten.
«Unsere Computersimulationen hat gezeigt, dass solche Phänomene wirklich passieren, aber so große stars wirklich gebildet werden können», sagt Yoshida. Indem eine riesige Masse, Stern endlich kollabiert und wird zum Samen für Supermassive schwarze Löcher. Yoshida hält die Entscheidung endgültig und natürlich. Aber nicht jeder mit ihm einverstanden ist.
Gute Antwort, aber…
Andere Wissenschaftler, die durchaus befürworten die Hypothese mit großen Samen, sonst sehen die ursprüngliche Bildung dieser Samen. Eine vor kurzem veröffentlichte Studie in Nature Astronomy, zum Beispiel vermutet, dass diese Samen entwickeln sich nicht im Laufe der seltsamen Bewegungen der dunklen Materie, sondern eher wegen des Verhaltens der normalen Sterne in Galaxien. In einem solchen Szenario mächtige Ausbrüche von UV-Licht in den Prozess der raschen Bildung von Sternen in einer Jungen Galaxie in der Nähe stören die Bildung von Sternen in einem riesigen Gas-Wolke, so wird es leer bleiben lange genug, um schließlich kollabieren zu einem schwarzen Loch mit einer Masse von bis zu 100 000 Solar.
John weiss, Astrophysiker am Georgia Institute of Technology und Co-Autor der Studie in Nature Astronomy, glaubt, dass dieses neue Werk wird ein wichtiger Schritt vorwärts in diesem Bereich, weil Yoshida und seine Kollegen die ersten, simulierten die Auswirkungen der Bewegungen des ersten Gases für die Bildung von supermassereichen schwarzen Löchern. Aber er sagt, dass Ihre Theorie nicht verleugnet seine eigenen.
«Ich denke, es gibt viele Möglichkeiten, sich zu bilden сверхмассивную ein Schwarzes Loch», sagt er. «Es ist nur einer von Ihnen, es ist durchaus möglich». Dabei fügt er hinzu, dass die Suche so schnell bewegte Gase im frühen Universum wäre einfach gewesen. Die Chancen stolpern auf solche Winde im frühen Universum, nach Meinung der Йошиды, in der Größenordnung von 0,3%. Aber die riesigen Gaswolken, benachbarte Fabriken für die Produktion von Jungen Sternen, auch eine Seltenheit, sagte der Wissenschaftler. «Ich weiß nicht, was ist die Wahrscheinlichkeit eines solchen Ereignisses», sagt Yoshida.
Greg Brian, Astrophysiker der Columbia University und Hauptautor der Arbeit in Nature Astronomy, würdigt die neuen Ergebnisse. «Es ist keine endgültige Antwort, aber bis er eignet sich am besten für diesen bestimmten Modus der Bildung der schwarzen Löcher», sagt er. Es stört auch, wie nah die Simulationen zur Bildung von kleinen Sternen. Damit entstand ein Schwarzes Loch, die ersten Gase mussten zusammen in einem sehr kleinen Bereich, was könnte nicht passieren, wenn Sie überfordert kleine Ansammlungen von Sternen. Wenn die Bedingungen ein wenig ändern Modellierung, schwere Samen gebildet wird. «Auf der anderen Seite, mir gefallen das Modell, ich glaube Ihr», fügt Brian.
Fulvio Melia, Astrophysiker an der Arizona State University, nicht begeistert von dieser Theorie. «Die Autoren setzen auf einen Haufen unbekannter Physik, wie alle anderen Annahmen über die Bildung von massiven Samen oder die rasche Zunahme solcher Anlagen», sagt er. «Sie würde sich lohnen, bestimmte Annahmen über das Verhalten der dunklen Materie, aber wir wissen nicht einmal, was es ist».
Korn Zweifel
Um endlich Antworten auf die Frage, wie kommen diese massiven Bestien, die Wissenschaftler verweisen auf die zukünftige Möglichkeit der Beobachtung dieser «Samen» im frühen Universum mit Hilfe von Teleskopen der nächsten Generation. Diese Möglichkeit haben in der Kürze der Zeit. Bereits vorgeschlagen, mehrere Initiativen, Z. B. Mission der ESA ATHENA, die Vorbereitung für den Start im Jahr 2028 und kann sogar Röntgen-Emissionen dieser Supermassive Giganten. Hier verdienen Weltraumteleskop James Webb, der sich dem Studium der ersten Sterne und Galaxien des Universums.
«Es ist interessant, dass diese Ideen bereits getestet werden kann in den nächsten paar Jahren, weil die Menschen sich mit der Suche nach diesen Objekten über den ganzen Himmel», sagt Melia.
Obnuljajem die Vorstellung: das neue Modell der Geburt Supermassive schwarze Löcher
Ilja Hel