Πώς δημιουργήθηκαν οι πρώτες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες του Σύμπαντος; Ένα νέο μοντέλο της εξέλιξης των γαλαξιών και των μαύρων οπών δείχνουν συγκρούσεις που δείχνουν ότι οι συγκρουόμενοι γαλαξίες γεννήθηκαν πιθανώς μαύρες τρύπες που σχηματίστηκαν περίπου 13 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Η ανακάλυψη συμπληρώνει ένα κεφάλαιο της πρώιμης ιστορίας του σύμπαντός μας και θα μπορούσε να βοηθήσει να γράψουμε το επόμενο κεφάλαιο - στο οποίο οι επιστήμονες κατανοούν καλύτερα πώς η βαρύτητα και η σκοτεινή ύλη σχημάτισαν το σύμπαν όπως το ξέρουμε.
Μετά την πρόσφατη ανακάλυψη ότι οι γαλαξίες σχηματίστηκαν πολύ νωρίτερα στην ιστορία του Σύμπαντος από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως, ο Στέλιος Καζαντζίδης από το Πανεπιστήμιο του Οχάιο και η ομάδα του δημιούργησαν νέες προσομοιώσεις υπολογιστών που δείχνουν ότι οι πρώτες εξαιρετικά μαζικές μαύρες τρύπες πιθανότατα γεννήθηκαν όταν συγκρούστηκαν αυτοί οι πρώτοι γαλαξίες και συγχωνεύτηκαν μαζί. Αυτό πιθανότατα συνέβη τα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang.
«Τα αποτελέσματά μας προσθέτουν ένα νέο ορόσημο στη σημαντική συνειδητοποίηση του πώς σχηματίζεται η δομή στο σύμπαν», είπε ο Καζαντζίδης.
Προηγουμένως, οι αστρονόμοι πίστευαν ότι οι γαλαξίες εξελίχθηκαν ιεραρχικά, όπου η βαρύτητα ένωσε πρώτα μικρά κομμάτια ύλης και αυτά τα μικρά κομμάτια ενώθηκαν σταδιακά για να σχηματίσουν μεγαλύτερες δομές.
Αλλά τα νέα μοντέλα στρέφουν αυτή την ιδέα στο κεφάλι της.
«Μαζί με αυτές τις άλλες ανακαλύψεις, το αποτέλεσμα μας δείχνει ότι οι μεγάλες κατασκευές - τόσο οι γαλαξίες όσο και οι τεράστιες μαύρες τρύπες - συσσωρεύονται γρήγορα στην ιστορία του σύμπαντος", είπε. «Εκπληκτικά, αυτό έρχεται σε αντίθεση με τον ιεραρχικό σχηματισμό δομών. Το παράδοξο επιλύεται μόλις συνειδητοποιήσει ότι η σκοτεινή ύλη μεγαλώνει ιεραρχικά, αλλά η συνηθισμένη ύλη δεν το κάνει. Η φυσιολογική ύλη που σχηματίζει ορατούς γαλαξίες και υπερ-ογκώδεις μαύρες τρύπες καταρρέει πιο αποτελεσματικά, και αυτό ίσχυε επίσης όταν το σύμπαν ήταν πολύ νεαρό, προκαλώντας αντι-ιεραρχικό σχηματισμό γαλαξιών και μαύρων οπών ».
Έτσι, αυτό σημαίνει ότι οι μεγάλοι γαλαξίες και οι υπερ-ογκώδεις μαύρες τρύπες ενώνονται γρήγορα, και μικρότερα κομμάτια όπως ο δικός μας γαλαξίας Γαλαξίας - και η συγκριτικά μικρή μαύρη τρύπα στο κέντρο του - σχηματίζονται πιο αργά. Οι γαλαξίες που δημιούργησαν αυτές τις πρώτες υπερ-ογκώδεις μαύρες τρύπες είναι ακόμα γύρω, είπε ο Καζαντζίδης.
Οι νέες προσομοιώσεις που έγιναν σε υπερυπολογιστές μπόρεσαν να επιλύσουν λειτουργίες που ήταν 100 φορές μικρότερες και αποκάλυψαν λεπτομέρειες στην καρδιά των συγχωνευμένων γαλαξιών σε κλίμακα μικρότερη από ένα έτος φωτός.
Εξαιτίας αυτού, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να δουν δύο πράγματα: Πρώτον, το αέριο και η σκόνη στο κέντρο των γαλαξιών συμπυκνώθηκαν για να σχηματίσουν έναν σφιχτό πυρηνικό δίσκο. Στη συνέχεια, ο δίσκος έγινε ασταθής και το αέριο και η σκόνη συρρικνώθηκαν ξανά, για να σχηματίσουν ένα ακόμη πιο πυκνό σύννεφο που τελικά γεννήθηκε μια υπερ-τεράστια μαύρη τρύπα.
Οι συνέπειες για την κοσμολογία είναι εκτεταμένες, δήλωσε ο Καζαντζίδης.
«Για παράδειγμα, η τυπική ιδέα - ότι οι ιδιότητες ενός γαλαξία και η μάζα της κεντρικής μαύρης τρύπας του σχετίζονται, επειδή οι δύο αναπτύσσονται παράλληλα - θα πρέπει να αναθεωρηθούν. Στο μοντέλο μας, η μαύρη τρύπα μεγαλώνει πολύ πιο γρήγορα από τον γαλαξία. Επομένως, η μαύρη τρύπα δεν ρυθμίζεται καθόλου από την ανάπτυξη του γαλαξία. Θα μπορούσε να είναι ότι ο γαλαξίας ρυθμίζεται από την ανάπτυξη της μαύρης τρύπας. "
Αυτό το νέο μοντέλο θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει τους αστρονόμους που ψάχνουν τους ουρανούς για άμεσες αποδείξεις της θεωρίας γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν: βαρυτικών κυμάτων.
Σύμφωνα με τη γενική σχετικότητα, τυχόν συγχωνεύσεις αρχαίων γαλαξιών θα είχαν δημιουργήσει τεράστια κύματα βαρύτητας - κυματισμοί στο συνεχές χωροχρόνου - τα υπολείμματα των οποίων θα έπρεπε να είναι ακόμη ορατά σήμερα.
Νέοι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων, όπως η διαστημική κεραία Laser Interferometer της NASA, σχεδιάστηκαν για να ανιχνεύουν αυτά τα κύματα απευθείας και να ανοίγουν ένα νέο παράθυρο σε αστροφυσικά και φυσικά φαινόμενα που δεν μπορούν να μελετηθούν με άλλους τρόπους.
Οι επιστήμονες θα πρέπει να γνωρίζουν πώς σχηματίστηκαν υπερ-ογκώδεις μαύρες τρύπες στο πρώιμο σύμπαν και πώς κατανέμονται στο διάστημα σήμερα προκειμένου να ερμηνεύσουν τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων. Οι νέες προσομοιώσεις υπολογιστών πρέπει να παρέχουν μια ένδειξη.
Δείτε αυτόν τον σύνδεσμο για βίντεο των μοντέλων συγκρούσεων γαλαξιών.
Πηγή: Πανεπιστήμιο του Οχάιο
