מה הזין חורים שחורים מוקדמים המאפשרים את צמיחתם המהירה מאוד? תגלית חדשה שנערכה על ידי חוקרים מאוניברסיטת קרנגי מלון באמצעות שילוב של סימולציות מחשב-על וטכנולוגיית מכונת זמן GigaPan מראה כי תזונה של "מזון מהיר" קוסמי (זרמים דקים של גז קר) זרמה ללא שליטה למרכז החורים השחורים הראשונים, וגרמה אותם להיות "גדולים יותר" ולצמוח מהר יותר מכל דבר אחר ביקום.
כשהיקום שלנו היה צעיר, פחות ממיליארד שנה אחרי המפץ הגדול, גלקסיות בדיוק התחילו להיווצר ולצמוח. על פי תיאוריות קודמות, חורים שחורים באותה תקופה היו צריכים להיות קטנים באותה מידה. נתונים של סקר השמיים הדיגיטליים Sloan הראו עדות להפך - חורים שחורים סופר-מסיביים היו קיימים כבר 700 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול.
"סקר השמיים הדיגיטליים של Sloan מצא חורים שחורים סופר-מסיביים בפחות ממיליארד שנה. הם היו באותו גודל כמו החורים השחורים המסיביים ביותר כיום, בני 13.6 מיליארד שנה ", אמרה טיזיאנה די מטאו, פרופסור חבר לפיזיקה (אוניברסיטת קרנגי מלון). "זה היה פאזל. מדוע נוצרים כמה חורים שחורים כל כך מוקדמים שלוקחים את כל גיל היקום עד שאחרים מגיעים לאותה מסה? "
חורים שחורים סופר-מאסיביים הם החורים השחורים הגדולים ביותר שקיימים - במשקלם עם המונים מיליארדי פעמים מזה של השמש. מרבית החורים השחורים ה"רגילים "הם מסיביים פי 30 בלבד מהשמש. המנגנון המקובל כיום ליצירת חורים שחורים על-מסיביים הוא באמצעות מיזוגים גלקטיים. בעיה אחת עם התיאוריה הזו וכיצד היא חלה על חורים שחורים סופר-מסיביים מוקדמים היא שביקום המוקדם, לא היו הרבה גלקסיות, והם היו רחוקים מכדי להתמזג.
רופרט קרופט, פרופסור חבר לפיזיקה (אוניברסיטת קרנגי מלון) העיר, "אם אתה כותב את המשוואות כיצד נוצרות גלקסיות וחורים שחורים, לא נראה שהמוני ענק אלה יכולים להיווצר כל כך מוקדם, אבל אנו מסתכלים לשמיים ו הנה הם."
במאמץ להבין את התהליכים שיצרו את החורים השחורים העל-מסיביים המוקדמים, יצרו Di Matteo, Croft ו- Khandai את MassiveBlack - ההדמיה הקוסמולוגית הגדולה ביותר עד כה. מטרת MassiveBlack היא לדמות במדויק את מיליארד השנים הראשונות של היקום שלנו. די מתיאו תיאר את MassiveBlack, "הסימולציה הזו ענקית באמת. זה הגדול ביותר מבחינת רמת הפיזיקה והנפח בפועל. עשינו זאת מכיוון שהיינו מעוניינים להסתכל על דברים נדירים ביקום, כמו החורים השחורים הראשונים. מכיוון שהם כה נדירים, אתה צריך לחפש נפח גדול של שטח ”.
קרופט והצוות התחילו את ההדמיות באמצעות מודלים ידועים של קוסמולוגיה המבוססים על תיאוריות וחוקים של הפיזיקה המודרנית. "לא הכנסנו שום דבר משוגע. אין פיזיקת קסמים, אין דברים נוספים. זו אותה פיזיקה שיוצרת גלקסיות בהדמיות של היקום המאוחר ", אמר קרופט. "אבל באורח קסם, הקוואזרים המוקדמים האלה, ממש כפי שנצפו, מופיעים. לא ידענו שהם הולכים להופיע. היה מדהים למדוד את ההמונים שלהם וללכת 'וואו! אלה הם הגודל הנכון המדויק ומופיעים בדיוק בנקודת הזמן הנכונה. 'זה סיפור הצלחה עבור התיאוריה המודרנית של הקוסמולוגיה.'
הנתונים מ- MassiveBlack נוספו לפרויקט מכונת הזמן של GigaPan. על ידי שילוב הנתונים של MassiveBlack עם פרויקט מכונת הזמן GigaPan, החוקרים הצליחו לראות את הסימולציה כאילו מדובר בסרט - תוך החלפה קלה על פני היקום המדמה בזמן היווצרותו. כאשר הצוות הבחין באירועים שנראו מעניינים, הם גם הצליחו להתקרב כדי להציג את האירועים בפירוט רב יותר ממה שהם יכלו לראות ביקום שלנו באמצעות טלסקופים קרקעיים או שטחיים.
כשהצוות התקרב ליצירת החורים השחורים העל-מסיביים הראשונים, הם ראו משהו לא צפוי. תצפיות רגילות מראות שכאשר גז קר זורם לעבר חור שחור הוא מחומם מהתנגשויות עם מולקולות גז אחרות הסמוכות, ואז מתקרר לפני שהוא נכנס לחור השחור. התהליך, שנקרא 'חימום זעזועים', היה צריך לעצור חורים שחורים מוקדמים להגיע להמונים שנצפו. במקום זאת, הצוות צפה בזרמים דקים של גז צפוף קר הזורם לאורך 'נימים' שנראו בסקרים רחבי היקף החושפים את מבנה היקום שלנו. החוטים אפשרו לגז לזרום ישירות למרכז החורים השחורים במהירות מדהימה, וסיפקו להם אוכל מהיר ומהיר. הצריכה הקבועה אך הבלתי מבוקרת סיפקה מנגנון לחורים השחורים לצמוח בקצב מהיר בהרבה מהגלקסיות המארחות שלהם.
הממצאים יפורסמו במכתבי כתב העת Astrophysical.
אם תרצה לקרוא עוד, עיין בעיתונים שלהלן (דרך הפיזיקה arXiv):
הדמיה של טרפיקסל של הדמיות קוסמולוגיות
גיבוש הגלקסיות המארחות z ~ 6 קוואזרים
חורים שחורים מוקדמים בהדמיות קוסמולוגיות
זרמים קרים והקוואזרים הראשונים
למידע נוסף על Gigapan ו- MassiveBlack בכתובת: http://gigapan.org/gigapans/76215/ ו http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
מקור: הודעה לעיתונות של אוניברסיטת קרנגי מלון
