Erken evren Illustration. Fotoğraf kredisi: NASA. Büyütmek için tıklayın.
Her şey uzun zaman önce evren çok gençken başladı. En eski masif damızlık yıldızları gençliklerinde sallandı - bakire maddenin zengin yeşil otları arasında dönüyor ve eğiliyor. Ayrılan zamanları çalınırken, nükleer motorlar geniş sıcak hidrojen ve helyum gazı akışlarını kaynatarak yıldızlararası ortamı zenginleştirdi. Bu aşamada, ortaya çıkan galaktik çekirdeklerin yakınındaki küçük ceplerde süper kütleli yıldız kümeleri oluştu - her küme, primordial mini-halo maddesinin küçük bölgelerinde yüzüyor.
Döngülerini tamamlayan en erken yetiştirici yıldızlar patladı ve ağır atomlar patladı. Ancak Evrende biriken çok ağır maddelerden önce, oluşan en eski kara delikler karşılıklı asimilasyon yoluyla hızla büyüdü ve hassas sıcaklık ve bileşimdeki “Goldilocks” gazlarını geniş geniş toplama disklerine çekmek için yeterince yerçekimi etkisi biriktirdi. Büyümenin bu süper kritik aşaması, en eski masif kara delikleri (MBH) hızla süper kütleli kara delik (SMBH) durumuna yükseltti. Bunun dışında en eski kuasarlar çok sayıda protogalaksın kaynaşmış mini-haleleri içinde ikamet ettiler.
Erken quasar oluşumunun bu resmi, Cambridge UK Kozmologları Martin J. Rees ve Marta Volonteri tarafından yazılan “Yüksek Kırmızı Kaydırmalı Kara Deliklerin Hızlı Büyümesi” başlıklı yeni bir makaleden (2 Haziran 2005'te yayınlandı) ortaya çıktı. Bu çalışma, evrensel şeffaflık zamanından sonra, ancak yıldızlararası ortamdaki gazların yıldız radyasyonuyla tamamen yeniden iyonize edilmesinden ve süpernovalar tarafından ağır metallerle tohumlanmasından önce kısa bir hızlı SMBH oluşumu penceresinin açılma olasılığını ele almaktadır. Rees-Volonteri modeli, Sloan Digital Sky Survey (SDSS) veri kümesinden çıkan gerçekleri açıklamaya çalışır. Büyük Patlama'dan 1 milyar yıl sonra, çok parlak radikal kuasarlar oluşmuştu. Her biri SMBH'leri 1 milyar güneşi aşan kütlelere sahip. Bunlar “tohum kara delikleri” nden ortaya çıkmıştı - ilk büyük galaktik kümeler arasında en erken süpernova çöküşünden sonra geride kalan yerçekimi cürufları. Big Bang'den bir milyar yıl sonra, her şey bitmişti. Bu kadar küçük alanlara bu kadar çok kütle nasıl bu kadar hızlı yoğunlaşabilir?
Volontari ve Rees'e göre, “Bu tür tohumları 1 milyar güneş kütlesine kadar büyütmek neredeyse sürekli bir gaz birikimi gerektirir…” Böyle yüksek bir birikme oranına karşı çalışmak, karadeliğe düşen maddeden gelen radyasyonun tipik olarak hızlı bir şekilde dengelenmesidir ” kilo almak". SMBH büyümesinin çoğu modeli, bir ara (masif - süper kütleli değil) kara deliğe düşen kütlenin yaklaşık% 30'unun radyasyona dönüştürüldüğünü göstermektedir. Bunun etkisi iki katlıdır: MBH'yi başka şekilde besleyecek madde radyasyona kaybolur ve dışa doğru radyasyon basıncı hızlı büyümeyi beslemek için ek maddenin yürüyüşünü içe doğru bastırır.
Hızlı SMBH oluşumunu anlamanın anahtarı, MBH'lerin etrafındaki erken biriktirme disklerinin bugün olduğu kadar optik olarak yoğun olmaması - ama sürekli dağıtılmış madde ile “şişman” olma ihtimalidir. Bu koşullar altında, radyasyon daha geniş bir ortalama serbest yola sahiptir ve maddenin içeri hareketini engellemeden disklerin ötesine kaçabilir. Tüm SMBH büyüme sürecini yönlendiren yakıt bolca kara delik olay ufkuna gönderilir. Bu arada, ilk çağda bulunan tip madde, daha sonraki bir dönemin ağır metal zengini toplanma diskleri değil, çoğunlukla monatomik hidrojen ve helyumdu. Bütün bunlar, MBH'nin başlangıcının aceleyle büyüdüğünü ve sonuç olarak SDSS veri kümesinde görülen tamamen olgunlaşmış pek çok kuasarı açıkladığını gösteriyor. Bu tür erken MBH'lerin, bugünün MBH'lerinden daha olgun SMBH'lere göre daha tipik olan kütle enerjisi dönüşüm oranları olmalıdır.
Volontari ve Rees, daha önce araştırmacıların tam gelişmiş “kuasarların yaklaşık% 10'luk bir kütle enerjisi dönüşüm verimliliğine sahip olduklarını” gösterdiklerini söylüyor. Çift, ancak bu kütle-enerji dönüşüm değerinin Universal'da daha sonraki bir dönemdeki kuasar çalışmalarından geldiğini söylüyor. genişleme ve “erken Evren'deki pregalaktik kuasarların ışınımsal etkinliği hakkında hiçbir şey bilinmemektedir.” Bu nedenle “düşük kırmızıya kayma evrende sahip olduğumuz resim daha erken uygulanmayabilir.” Açıkçası, erken Evren madde ile daha yoğun bir şekilde doluydu, bu madde daha yüksek bir sıcaklıktaydı ve metal olmayan metallere daha yüksek bir oran vardı. Tüm bu faktörler, erken MBH'lerin kütle enerji dönüşüm verimlilikleri konusunda neredeyse herkesin en iyi tahmin olduğunu söylüyor. Şimdi erken kuasarlar arasında neden bu kadar çok SMBH bulunduğunu açıklamamız gerektiğinden, Volontari ve Rees'in bugünün toplama diskleri hakkında bildiklerini bu tür disklerin geçmişte nasıl farklı olabileceğini açıklamak için bir araç olarak kullanmaları mantıklıdır.
Ve çok sayıda yıldızdan gelen radyasyondan önce, yıldızlararası ortamdaki yeniden iyonize edilmiş gazlardan önce - hızlı SMBH oluşumu için olgunlaşmış koşullar sunan en eski zamandır. Bu koşullar 100 milyon yıldan az sürmüş olabilir ve Evrendeki maddenin sıcaklığı, yoğunluğu, dağılımı ve bileşiminde yeterli bir denge gerektirebilir.
Resmi tam olarak elde etmek için (gazetede boyanmış olduğu gibi), erken evrenin, ortalarında son derece masif fakat aşırı derecede yoğun yıldız kümeleri olan koyu ve baryonik maddeden oluşan sayısız mini haleden oluştuğu fikrine başlıyoruz. Bu kümelerin yoğunluğu ve bunları oluşturan yıldızların kütleselliği nedeniyle, süpernovalar çok sayıda “tohum kara deliği” oluşturmak için hızla gelişti. Bu tohum BH'leri büyük kara deliklere birleşti. Bu arada çekim kuvvetleri ve gerçek hareketler hızla çeşitli mini haleleri bir araya getirdi. Bu MBH'leri besleyebilecek daha büyük haleler yarattı.
Evrenin başlangıcında, MBH'leri çevreleyen madde, sıcaklıkta yaklaşık 8.000 derece Kelvin ortalama alan, metal ve fakir metallerden oluşan büyük sferoidler şeklini aldı. Bu kadar yüksek sıcaklıklarda, atomlar iyonize kalır. İyonizasyon nedeniyle, atomlarla ilişkili çok az elektron foton tuzağı görevi gördü. Radyasyon basıncının etkileri, maddenin bir kara delik olay ufkuna daha kolay düştüğü noktaya kadar azaldı. Bu arada serbest elektronların kendileri ışığı dağıtırlar. Bu ışığın bir kısmı aslında yeniden toplama diskine doğru yeniden yayılır ve başka bir kütle kaynağı - enerji biçiminde - sistemi besler. Son olarak, ağır metallerin (oksijen, karbon ve azot gibi) eksikliği, monotomik atomların sıcak kalması anlamına gelir. Çünkü sıcaklıklar 4.000 derecenin altına düştükçe, atomlar deiyonize olur ve BH olay ufkuna düşen taze madde akışını azaltarak radyasyon basıncına maruz kalır. Tüm bu tamamen fiziksel özellikler, kütle enerji verimliliği oranlarını aşağıya itme eğilimindeydi ve MBH'lerin hızla kilo almasına izin verdi.
Bu arada mini haleler birleştikçe, sıcak baryonik madde, günümüzde SMBH'lerin etrafında görülen ince halkalara değil, büyük “kalın” disklere yoğunlaştı. Halo maddenin kendisi hızla büyüyen MBH'leri tamamen çevrelediği için bu ortaya çıktı. Maddenin bu küresel dağılımı, birikim diskini çeşitli açılardan beslemek için sürekli taze, sıcak, bakire madde kaynağı sağlamıştır. Kalın diskler, düşük optik yoğunlukta daha fazla miktarda madde anlamına geliyordu. Bir kez daha, madde MBH'nin baş döndürücü maw'sinden dışarıya “güneş yolundan” kaçınmayı başardı ve kütle enerjisi dönüşüm oranları düştü.
Her iki faktör - yağ diskleri ve iyonize, düşük kütle atomları - erken bir yeşil Evrenin altın çağında, MBH'lerin hızlı büyüdüğünü söylüyor. Büyük Patlama'dan bir milyar yıl içinde, maddeyi verimli bir şekilde ışığa dönüştüren ve ışığı geniş zaman ve mekân boyunca potansiyel olarak sürekli genişleyen bir Evrene döken nispeten sessiz bir olgunluğa yerleştiler.
Yazan: Jeff Barbour
