Bagaimana lubang hitam supermasif pertama di Alam Semesta terbentuk? Model baru evolusi galaksi dan lubang hitam menunjukkan perlanggaran menunjukkan bahawa galaksi bertembung kemungkinan menelurkan lubang hitam yang terbentuk kira-kira 13 bilion tahun yang lalu. Penemuan ini mengisi bab sejarah awal alam semesta kita yang hilang, dan dapat membantu menulis bab seterusnya - di mana para saintis lebih memahami bagaimana graviti dan bahan gelap membentuk alam semesta seperti yang kita ketahui.
Berikutan penemuan baru-baru ini bahawa galaksi terbentuk jauh lebih awal dalam sejarah Alam Semesta daripada yang difikirkan sebelumnya, Stelios Kazantzidis dari The Ohio State University dan pasukannya membuat simulasi komputer baru yang menunjukkan lubang hitam super besar pertama mungkin lahir ketika galaksi awal bertembung dan bergabung bersama. Ini mungkin berlaku dalam beberapa bilion tahun pertama selepas Big Bang.
"Hasil kami menambah tonggak baru untuk mewujudkan penting bagaimana struktur terbentuk di alam semesta," kata Kazantzidis.
Sebelum ini, ahli astronomi berpendapat galaksi berevolusi secara hierarki, di mana graviti menyatukan sebahagian kecil jirim terlebih dahulu, dan bit kecil itu secara beransur-ansur bergabung untuk membentuk struktur yang lebih besar.
Tetapi model-model baru mengubah fikiran itu.
"Bersama penemuan lain ini, hasil kami menunjukkan bahawa struktur besar - galaksi dan lubang hitam besar - terbentuk dengan cepat dalam sejarah alam semesta," katanya. "Hebatnya, ini bertentangan dengan pembentukan struktur hierarki. Paradoks diselesaikan setelah seseorang menyedari bahawa bahan gelap tumbuh secara hierarki, tetapi perkara biasa tidak. Perkara normal yang membentuk galaksi yang kelihatan dan lubang hitam yang sangat besar runtuh dengan lebih cekap, dan ini berlaku juga ketika alam semesta masih sangat muda, sehingga menimbulkan pembentukan galaksi dan lubang hitam anti-hierarki. "
Jadi, itu bermaksud bahawa galaksi besar dan lubang hitam super besar bersatu dengan cepat, dan bit yang lebih kecil seperti galaksi Bima Sakti kita sendiri - dan lubang hitam yang relatif kecil di tengahnya - terbentuk dengan lebih perlahan. Galaksi yang membentuk lubang hitam super besar pertama masih ada, kata Kazantzidis.
Simulasi baru yang dilakukan pada superkomputer dapat menyelesaikan ciri yang 100 kali lebih kecil, dan mendedahkan perincian di tengah galaksi yang digabungkan pada skala kurang dari satu tahun cahaya.
Oleh kerana itu, para astronom dapat melihat dua perkara: Pertama, gas dan debu di tengah galaksi terkondensasi untuk membentuk cakera nuklear yang ketat. Kemudian cakera menjadi tidak stabil, dan gas dan debu menguncup lagi, untuk membentuk awan yang lebih padat yang akhirnya menghasilkan lubang hitam yang sangat besar.
Implikasi untuk kosmologi sangat meluas, kata Kazantzidis.
"Sebagai contoh, idea standard - bahawa sifat galaksi dan jisim lubang hitam pusatnya berkaitan kerana keduanya tumbuh secara selari - harus disemak semula. Dalam model kami, lubang hitam tumbuh jauh lebih cepat daripada galaksi. Jadi mungkin lubang hitam tidak diatur sama sekali oleh pertumbuhan galaksi. Mungkin galaksi diatur oleh pertumbuhan lubang hitam. "
Model baru ini juga dapat membantu para astronom yang mencari langit untuk bukti langsung teori relativiti umum Einstein: gelombang graviti.
Menurut relativiti umum, mana-mana penggabungan galaksi kuno akan menimbulkan gelombang graviti besar - riak di kontinum ruang-masa - sisa-sisa yang masih dapat dilihat hari ini.
Pengesan gelombang graviti baru, seperti Antena Ruang Interferometer Laser NASA, dirancang untuk mengesan gelombang ini secara langsung, dan membuka tetingkap baru ke dalam fenomena astrofizik dan fizikal yang tidak dapat dikaji dengan cara lain.
Para saintis perlu mengetahui bagaimana lubang hitam super besar yang terbentuk di alam semesta awal dan bagaimana ia diedarkan di angkasa hari ini untuk mentafsirkan hasil eksperimen tersebut. Simulasi komputer baru harus memberi petunjuk.
Lihat pautan ini untuk video model perlanggaran galaksi.
Sumber: Universiti Negeri Ohio
