Obraz symulacji DCBH pokazuje gęstość (po lewej) i temperaturę (po prawej) wczesnej galaktyki. Fale uderzeniowe Supernova są widoczne od środka, dzięki czemu galaktyka jest niszczona i podgrzewana.
Czarne dziury powstają w procesie śmierci gwiazdy, która pozwala materii wtoczyć się w niezwykle gęsty obiekt, z którego nawet światło nie może uciec. Naukowcy uważają, że masywne czarne dziury mogą powstać przy narodzinach galaktyki, ale nikt nie był w stanie spojrzeć w daleką przeszłość, aby zaobserwować warunki bezpośredniego zapadania się czarnych dziur (DCBH).
Kosmiczny teleskop Jamesa Webba, którego uruchomienie planowane jest na 2021 r., Będzie miał okazję zajrzeć we wczesny Wszechświat, by zobaczyć galaktykę z powstającą masywną czarną dziurą. Teraz mamy symulację stworzoną przez naukowców z Georgia Institute of Technology. Pokazuje, czego szukać w przyszłych opiniach DCBH.
Pierwsza taka symulacja zakłada, że powstawaniu takich czarnych dziur towarzyszyć będą specjalne rodzaje intensywnego promieniowania, w tym promienie X i promienie UV, przesuwające się w kierunku światła podczerwonego podczas zbliżania się do teleskopu. Zaskakujące było również to, że czarne dziury mogą tworzyć olbrzymie gwiazdy wolne od metali. W centrum wielu dużych galaktyk znajdują się supermasywne czarne dziury, których nie można było zaobserwować w procesie powstawania i wzrostu. W związku z tym powstało założenie, że mogły pojawić się w czasie narodzin galaktyki. Następnie powstanie DCBH zostanie zainicjowane przez upadek dużej chmury gazu podczas wczesnego tworzenia galaktyki. Ważne jest jednak, aby zrozumieć, czego dokładnie szukać w widmach za pomocą przyszłego teleskopu.
Stworzenie czarnej dziury może zająć milion lat. Superkomputer Stampede umożliwił przeprowadzenie symulacji skupiającej się na efektach formowania DCBH. Modelowanie opierało się na pierwszych zasadach fizycznych, takich jak grawitacja, promieniowanie i hydrodynamika.
Symulowany obraz z promieniowaniem UV pokazuje, jak podgrzany gaz spiralnie przenika do centralnej czarnej dziury
Jeśli galaktyka zostanie utworzona po raz pierwszy, a następnie czarna dziura w środku, to powinien pojawić się jeden typ podpisu. Ale co, jeśli czarna dziura jest pierwsza? Naukowcy chcieli wiedzieć, czy oczekiwać jakichkolwiek innych różnic fizycznych. Symulacja wyprowadziła informacje o gęstości i temperaturze, aby przewidzieć, co dokładnie zobaczy teleskop.
Czarne dziury tworzą około miliona lat. W symulacji DCBH pierwszy krok polega na zapadnięciu się gazu w gwiazdę supermasywną (100 000 razy masywniejszą niż Słońce). Gwiazda ulega następnie niestabilności grawitacyjnej i zapada się w siebie, tworząc masywną czarną dziurę. Promieniowanie czarnej dziury powoduje powstawanie gwiazd w okresie 500 000 lat. Gwiazdy pierwszej generacji wydają się być bardziej masywne, ponieważ żyją znacznie mniej. W ciągu pierwszych 5-6 milionów lat eksplodują jako supernowe. Po tym czarna dziura uspokaja się, co prowadzi do konfrontacji między promieniami EM i własną grawitacją. Te cykle obejmują kolejne 20-30 milionów lat.
Czarne dziury są powszechne w kosmosie, więc naukowcy mają nadzieję, że wystarczająca liczba obrazów pozwoli na złapanie jednego z tych typów. W ten sposób będzie można głębiej zrozumieć proces ewolucji galaktyki.
Naukowcy byli zaskoczeni formowaniem się gwiazd wokół DCBH, ale z perspektywy czasu wydaje się to logiczne. Utworzona jonizacja doprowadzi do reakcji fotochemicznych zdolnych do wywołania narodzin gwiazd. To jedna z wielkich zagadek uniwersalnych, więc naukowcy mają nadzieję, że ich praca doprowadzi do długo oczekiwanych odpowiedzi.
