באמצעות מודל מחשב חדש להיווצרות הגלקסיה, החוקרים הראו כי גידול חורים שחורים משחרר התפוצצות אנרגיה המווסתת באופן בסיסי את התפתחות הגלקסיה ואת צמיחת החור השחור עצמה. המודל מסביר לראשונה תופעות שנצפו ומבטיח לספק תובנות עמוקות יותר לגבי הבנתנו את היווצרות הגלקסיה ואת תפקיד החורים השחורים לאורך ההיסטוריה הקוסמית, על פי יוצריה. התוצאות פורסמו בגיליון 10 בפברואר של הטבע, ותוצאותיה נוצרו על ידי האסטרופיזיקנית אוניברסיטת קרנגי מלון טיזיאנה די מטאו ועמיתיה, בזמן שהייתה במכון מקס פלאנק לאסטרופיסיק בגרמניה. משתפי הפעולה של די מטאו כוללים את וולקר ספרינגל במכון מקס פלאנק לאסטרופיסיקה ולארס הרנקוויסט מאוניברסיטת הרווארד.
"בשנים האחרונות מדענים החלו להעריך שמסת הכוכבים הכוללת בגלקסיות של ימינו תואמת ישירות לגודל החור השחור של הגלקסיה, אך עד כה איש לא יכול היה להסביר את הקשר הנצפה הזה," אמר די מתאו, עוזר פרופסור לפיזיקה בקרנגי מלון. "השימוש בסימולציות שלנו נתן לנו דרך חדשה לחלוטין לחקור את הבעיה הזו."
המפתח לחוקרים? פריצת הדרך כללה חישובים לדינמיקת החור השחור במודל חישובי של היווצרות הגלקסיה.
כאשר גלקסיות נוצרו ביקום הקדום, הם ככל הנראה הכילו חורים שחורים קטנים במרכזם. בתרחיש הסטנדרטי של היווצרות הגלקסיות, גלקסיות צומחות על ידי התכנסות זו עם זו על ידי משיכת הכובד. בתהליך, החורים השחורים שבמרכזם מתמזגים זה לזה ומתעצמים במהירות ומגיעים להמונים הנצפות שלהם פי מיליארד מזה של השמש; מכאן שהם נקראים חורים שחורים סופר-מסיביים. גם בזמן המיזוג, רוב הכוכבים נוצרים מגז זמין. הגלקסיות של ימינו והחורים השחורים המרכזיים שלהן חייבות להיות תוצאה של סדרה של אירועים כאלה.
די מטאו ועמיתיה הדמו את ההתנגשות של שתי גלקסיות המתהוות וגילו שכאשר שתי הגלקסיות התכנסו, שתי החורים השחורים העל-מאסיביים שלהן התמזגו וצרכו בתחילה את הגז שמסביב. אך פעילות זו הייתה מגבילת את עצמה. כאשר החור השחור העל-מסיבי של הגלקסיה שאבה גז, היא הפעילה מצב זוהר המכונה קוואזאר. הקוואזר הניע את הגז שמסביב לרמה כזו שהוא פוצץ מסביבתה של החור השחור העל-מסיבי אל הצד החיצוני של הגלקסיה. ללא גז סמוך, החור השחור העל-מסיבי של הגלקסיה לא יכול היה "לאכול" כדי לקיים את עצמו והפך לרדום. במקביל, גז כבר לא היה זמין ליצירת כוכבים נוספים.
"גילינו שהאנרגיה המופקת על ידי חורים שחורים בשלב קוואזאר מכריחה רוח חזקה המונעת נפילת החומר לתוך החור השחור," אמר ספרינגל. "תהליך זה מעכב צמיחה נוספת של החור השחור ומכבה את הקוואזר, ממש כשנוצרות הכוכבים נעצרים בתוך גלקסיה. כתוצאה מכך, מסת החור השחור ומסת הכוכבים בגלקסיה קשורים זה לזה. התוצאות שלנו מסבירות גם לראשונה מדוע אורך החיים של הקוואר הוא כל כך קצר בהשוואה לחיי הגלקסיה. "
בהדמיות שלהם, די מטאו, ספרינגל והרנקוויסט גילו כי החורים השחורים בגלקסיות קטנות מגבילים את צמיחתם באופן יעיל יותר מאשר אלה שבגלקסיות גדולות יותר. גלקסיה קטנה יותר מכילה כמויות גז קטנות יותר כך שכמות קטנה של אנרגיה מהחור השחור יכולה לפוצץ במהירות את הגז הזה. בגלקסיה גדולה, החור השחור יכול להגיע לגודל גדול יותר לפני שהגז הסובב אותו יופעל מספיק אנרגיה כדי להפסיק ליפול פנימה. עם גזם המוזבז במהירות, גלקסיות קטנות יותר מייצרות פחות כוכבים. עם בריכת גז ארוכה יותר, גלקסיות גדולות יותר מככבות יותר כוכבים. ממצאים אלה תואמים את הקשר שנצפה בין גודל החור השחור והמסה הכוללת של הכוכבים בגלקסיות.
"ההדמיות שלנו מדגימות כי ויסות עצמי יכול להסביר כמותית את העובדות הנצפות הקשורות לחורים וגלקסיות שחורות," אמר הרנקוויסט, פרופסור וכיו"ר לאסטרונומיה בפקולטה לאמנויות ומדעים של הרווארד. "זה נותן הסבר למקור חיי הקוואר ואמור לאפשר לנו להבין מדוע הקוואזרים היו בשפע ביקום המוקדם מכפי שהם כיום."
"בעזרת חישובים אלה אנו רואים כי לחורים שחורים חייבים להיות בעלי השפעה עצומה על צורת הגלקסיות וההתפתחות שלהן," אמר די מטאו. "ההצלחות שהושגו עד כה יאפשרו לנו ליישם מודלים אלו בתוך יקומים מדומים גדולים יותר, כך שנוכל להבין כיצד אוכלוסיות גדולות של חורים שחורים וגלקסיות משפיעות זו על זו בהקשר קוסמולוגי."
הצוות ניהל את ההדמיות שלהם עם מקורות המחשוב הנרחבים של המרכז למחשוב אסטרופיסי מקביל במרכז הארוורד-סמיתסוניאן לאסטרופיזיקה וב- Rechenzentrum der Max-Planck-Gesellschaft ב Garching.
המקור המקורי: פרסום חדשות מכון מקס פלאנק
