Erken kara delikleri besleyen çok hızlı büyümelerini sağlayan neydi? Carnegie Mellon Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından süper bilgisayar simülasyonları ve GigaPan Time Machine teknolojisinin bir kombinasyonu kullanılarak yapılan yeni bir keşif, kozmik “fast food” (ince gaz akışları) diyetinin kontrolsüz bir şekilde ilk kara deliklerin merkezine aktığını gösteriyor. “üstün” olmaları ve Evrendeki her şeyden daha hızlı büyümeleri.
Evrenimiz gençken, Büyük Patlama'dan bir milyar yıldan az bir süre sonra galaksiler oluşmaya ve büyümeye yeni başlamıştı. Önceki teorilere göre, o zamandaki kara delikler eşit derecede küçük olmalıydı. Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması'ndan alınan veriler, bunun aksine kanıtlar gösterdi - Büyük Patlama'dan sonra 700 milyon yıl kadar erken bir zamanda süper kütleli kara delikler vardı.
“Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması, 1 milyar yıldan az bir sürede süper kütleli kara delikler buldu. Bugünün 13.6 milyar yıllık en büyük kara delikleriyle aynı büyüklükteydiler ”dedi. Fizik profesörü (Carnegie Mellon Üniversitesi) Tiziana Di Matteo. “Bu bir bilmeceydi. Neden bazı kara delikler Evren'in tüm yaşını alırken diğerleri aynı kütleye ulaşırsa bu kadar erken oluşur? ”
Süper kütleli karadelikler, var olan en büyük kara deliklerdir - Güneş'in milyarlarca katı ağırlığındadır. Çoğu “normal” kara delik Güneş'ten sadece 30 kat daha büyüktür. Süper kütleli karadeliklerin oluşumu için şu anda kabul edilen mekanizma galaktik birleşmelerdir. Bu teori ve erken süper kütleli karadelikler için nasıl bir sorun olduğu, Evren'in başlarında çok sayıda gökadanın olmadığı ve birbirlerinden birleşemeyecek kadar uzak olduklarıdır.
Fizik profesörü Rupert Croft (Carnegie Mellon Üniversitesi), “Galaksilerin ve kara deliklerin nasıl oluştuğuna dair denklemleri yazarsanız, bu devasa kitlelerin bunu erken oluşturabilmesi mümkün görünmüyor, Ama gökyüzüne bakıyoruz ve işte buradalar. ”
Erken süper kütleli kara delikleri oluşturan süreçleri anlamak için Di Matteo, Croft ve Khandai, bugüne kadarki en büyük kozmolojik simülasyon olan MassiveBlack'ı yarattı. MassiveBlack'in amacı, evrenimizin ilk milyar yılını doğru bir şekilde simüle etmektir. MassiveBlack'i anlatan Di Matteo, “Bu simülasyon gerçekten devasa. Fizik seviyesi ve gerçek hacim açısından en büyüğüdür. Bunu yaptık çünkü evrendeki ilk kara delikler gibi nadir şeylere bakmak istiyorduk. Çok nadir oldukları için geniş bir hacimde arama yapmanız gerekiyor ”.
Croft ve ekibi, günümüz fizik teorileri ve yasalarına dayanan bilinen kozmoloji modellerini kullanarak simülasyonlara başladı. “Deli bir şey yapmadık. Sihirli fizik yok, fazladan şeyler yok. Sonraki evrenin simülasyonlarında gökadaları oluşturan aynı fiziktir ”dedi. “Ama sihirli bir şekilde, bu erken kuasarlar, tıpkı gözlemlendiği gibi ortaya çıkıyor. Onların geleceğini bilmiyorduk. Kitlelerini ölçmek ve gitmek harikaydı ‘Wow! Bunlar tam olarak doğru boyutta ve tam olarak doğru zamanda ortaya çıkıyor. ”Modern kozmoloji teorisi için bir başarı hikayesi.”
MassiveBlack verileri GigaPan Time Machine projesine eklendi. MassiveBlack verilerini GigaPan Zaman Makinesi projesi ile birleştirerek, araştırmacılar simülasyonu bir filmmiş gibi görebiliyorlardı - oluşturulduğu gibi simüle edilmiş evrende kolayca geziyorlardı. Ekip ilginç görünen olayları fark ettiğinde, olayları kendi evrenimizde yer veya uzay tabanlı teleskoplarla görebileceklerinden daha ayrıntılı olarak görüntülemek için yakınlaşabildiler.
Takım ilk süper kütleli kara deliklerin yaratılmasına yaklaştığında, beklenmedik bir şey gördüler. Normal gözlemler, soğuk gaz bir kara deliğe doğru aktığında, yakındaki diğer gaz molekülleri ile çarpışmalardan ısıtıldığını, daha sonra kara deliğe girmeden önce soğuduğunu göstermektedir. "Şok ısıtma" olarak bilinen süreç, erken kara deliklerin gözlemlenen kütlelere ulaşmasını engellemeliydi. Bunun yerine ekip, evrenimizin yapısını ortaya koyan büyük ölçekli anketlerde görülen 'filamentler' boyunca akan ince yoğun soğuk gaz akışları gözlemledi. Filamanlar, gazın kara deliklerin merkezine inanılmaz bir hızla doğrudan akmasını sağladı ve onlara soğuk, fast food sağladı. Düzenli ancak kontrolsüz tüketim, karadeliklerin ev sahibi galaksilerinden çok daha hızlı büyümesi için bir mekanizma sağladı.
Bulgular Astrofizik Dergi Mektuplarında yayınlanacaktır.
Daha fazla okumak isterseniz, aşağıdaki makalelere göz atın (Physics arXiv aracılığıyla):
Kozmolojik Simülasyonların Terapiksel Görüntüleme
Z ~ 6 Quasar Düzenleyen Galaksilerin Oluşumu
Kozmolojik Simülasyonlarda Erken Karadelikler
Soğuk Akımlar ve İlk Kuasarlar
Gigapan ve MassiveBlack hakkında daha fazla bilgi için: http://gigapan.org/gigapans/76215/ ve http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Kaynak: Carnegie Mellon Üniversitesi Basın Bülteni
