V srdci nejhmotnějších galaxií v našem vesmíru jsou supermasivní černé díry (SMBH) v řádu milionů až miliard násobků hmotnosti Slunce. Jak tito monstra spotřebovávají plyn a prach, které se pomalu přivádějí do jejich chřtánu, uvolňují obrovské množství energie. To vede k tomu, co je známé jako an Aktivní galaktické jádro (AGN) – aka. kvasar – který někdy může vysílat hyperrychlostní výtrysky materiálu na světelné roky.
Od doby, kdy byly poprvé objeveny, mají astrofyzici podezření, že SMBH hrají důležitou roli ve formování a vývoji galaxií. V důsledku toho však došlo také ke značnému výzkumu věnovanému tomu, jak se tyto masivní objekty samy formují a vyvíjejí. Nedávno provedl tým astrofyziků vysoce výkonnou simulaci, která přesně ukázala jak Krmivo SMBHs a zjistil, že paže galaxie hrají zásadní roli.
Studie, která popisuje jejich výzkum, byla zveřejněna 17. srpnačt, v The Astrophysical Journal . Tým vedl Daniel Anglés-Alcázar, odborný asistent fyziky a astronomie na University of Connecticut a bývalý spolupracovník Centrum pro mezioborový průzkum a výzkum v astrofyzice (CIERA). Připojil se k němu Claude-André Faucher-Giguère , docent na Northwestern University a člen CIERA.
Faucher-Giguère je také vůdcem Northwestern’s Skupina formování galaxie Faucher-Giguère , kde byl Malcázar členem a kde se začalo pracovat na simulaci. Mezi další členy patřili astronomové a fyzici z MIT, Caltechu Harvard-Smithsonian Center For Astrophysics (CfA), Institut pro pokročilé studium , Centrum pro výpočetní astrofyziku Flatiron Institute a několik univerzit.
Kromě toho, že jsou neuvěřitelně masivní a výkonné, jsou SMBH také známé tím, že mají obrovskou chuť k jídlu a dokážou spotřebovat 10 solárních hmot materiálu za pouhý rok. Ale zatímco někteří si užívají nepřetržité dodávky plynu, jiní budou spící po miliony let a poté se znovu probudí kvůli náhlému přílivu plynu. Až dosud zůstávaly podrobnosti o tom, jak plyn proudil vesmírem, aby napájel SMBH, dlouhotrvajícím tajemstvím.
Aby to Anglés-Alcázar a jeho kolegové výzkumníci vyřešili, vytvořili první simulaci, která je dostatečně výkonná, aby simulovala všechny fyzikální procesy, které s tím souvisí. Ty zahrnovaly Hubbleovu-Lamaitrovu konstantu (rychlost rozpínání vesmíru), rozsáhlé prostředí vesmíru, hydrodynamiku plynu, zpětnou vazbu od hmotných hvězd a gravitaci, vše do jednoho modelu. Jako Anglés-Alcázar vysvětlil :
„Výkonné události, jako jsou supernovy, vstřikují do okolního média spoustu energie, což ovlivňuje vývoj galaxie. Potřebujeme tedy začlenit všechny tyto detaily a fyzikální procesy, abychom získali přesný obraz. Jiné modely vám mohou říct spoustu podrobností o tom, co se děje velmi blízko černé díry, ale neobsahují informace o tom, co dělá zbytek galaxie, a ještě méně o tom, co dělá prostředí kolem galaxie. Ukazuje se, že je velmi důležité propojit všechny tyto procesy současně.“
Simulace týmu staví na předchozí práci „ Zpětná vazba v realistických prostředích “ (FIRE), projekt, který vytváří simulace určené ke zlepšení prediktivní schopnosti formování galaxií. Jednou z palčivých otázek, kterou se projekty snaží řešit, jsou vlastnosti přítoků a odlivů a mechanismy zpětné vazby, které byly pro tuto studii velmi důležité. Jak vysvětlil Faucher-Giguère v nedávném Northwestern Now tisková zpráva :
„Světlo, které pozorujeme ze vzdálených kvasarů, je poháněno tím, jak plyn padá do supermasivních černých děr a během procesu se zahřívá. Naše simulace ukazují, že struktury galaxií, jako jsou spirální ramena, využívají gravitační síly, aby „zabrzdily“ plyn, který by jinak navždy obíhal kolem středů galaxií. Tento brzdný mechanismus umožňuje plynu místo toho padat do černých děr a gravitační brzdy neboli točivé momenty jsou dostatečně silné, aby vysvětlily kvasary, které pozorujeme.
Nová simulace nabídla výrazně vyšší rozlišení modelu a umožnila výzkumnému týmu simulovat toky plynu přes Mléčnou dráhu s více než 1000krát větší přesností. Zatímco předchozí simulace dokázaly modelovat růst černých děr, tato je první dostatečně výkonná, aby komplexně zohlednila četné síly a faktory, které jsou součástí evoluce SMBH. Jako Faucher-Giguère vysvětlil :
„Samotná existence supermasivních černých děr je docela úžasná, přesto neexistuje konsenzus o tom, jak vznikly. Důvod, proč je tak těžké vysvětlit supermasivní černé díry, je ten, že jejich vytvoření vyžaduje nacpat obrovské množství hmoty do malého prostoru. Jak to vesmír zvládá? Až dosud teoretici vyvíjeli vysvětlení spoléhající na spojování různých představ o tom, jak se hmota v galaxiích nacpe do nejvnitřnější jedné miliontiny velikosti galaxie.
S těmito novými simulacemi mohou výzkumníci konečně modelovat, jak se to stane. Výzkumníci by například mohli získat nový pohled na původ SMBH v centru Mléčné dráhy (aka. Střelec A* ) a ten ve středu Panna Supergiant (Messier 87) galaxie – která se stala vůbec první černou dírou být zobrazen podle Horizontální dalekohled událostí (EHT) v roce 2019.
Kromě toho tyto simulace poskytují vzácný pohled na tajemnou povahu kvasarů, které svítí do té míry, že zastiňují celé galaxie. V jejich jádrech a napájejících jejich slavnou svítivost jsou rychle rostoucí supermasivní černé díry, jejichž původ stále není dobře pochopen. Při pohledu do budoucna výzkumný tým doufá, že bude studovat velké statistické populace galaxií a jejich SMBH, aby se dozvěděl více o tom, jak se tvoří a rostou za různých podmínek.
Další čtení: Severozápad nyní , The Astrophysical Journal
