Apa yang memberi makan lubang hitam awal yang memungkinkan pertumbuhannya sangat pesat? Penemuan baru yang dibuat oleh penyelidik di Universiti Carnegie Mellon menggunakan gabungan simulasi komputer super dan teknologi Mesin GigaPan Time menunjukkan bahawa diet "makanan segera" kosmik (aliran gas sejuk nipis) mengalir secara tidak terkawal ke pusat lubang hitam pertama, menyebabkan mereka "besar" dan tumbuh lebih cepat daripada yang lain di Alam Semesta.
Semasa Alam Semesta kita masih muda, kurang dari satu miliar tahun setelah Big Bang, galaksi baru mula terbentuk dan berkembang. Menurut teori sebelumnya, lubang hitam pada masa itu seharusnya sama kecil. Data dari Sloan Digital Sky Survey telah menunjukkan bukti sebaliknya - lubang hitam supermasif telah wujud seawal 700 juta tahun setelah Big Bang.
"Tinjauan Langit Digital Sloan mendapati lubang hitam supermasif kurang dari 1 bilion tahun. Ukurannya sama dengan lubang hitam paling besar pada masa ini, yang berusia 13.6 bilion tahun, ”kata Tiziana Di Matteo, profesor fizik bersekutu (Carnegie Mellon University). "Itu adalah teka-teki. Mengapa beberapa lubang hitam terbentuk begitu awal ketika memerlukan seluruh usia semesta untuk yang lain mencapai jisim yang sama? "
Lubang hitam supermasif adalah lubang hitam terbesar yang ada - beratnya berjuta-juta kali ganda daripada Matahari. Sebilangan besar lubang hitam "normal" hanya sekitar 30 kali lebih besar daripada Matahari. Mekanisme yang diterima sekarang untuk pembentukan lubang hitam supermasif adalah melalui penggabungan galaksi. Satu masalah dengan teori ini dan bagaimana ia berlaku untuk lubang hitam supermasif awal adalah bahawa di awal Alam Semesta, tidak ada banyak galaksi, dan mereka terlalu jauh satu sama lain untuk bergabung.
Rupert Croft, profesor fizik bersekutu (Carnegie Mellon University) menyatakan, "Sekiranya anda menulis persamaan bagaimana galaksi dan lubang hitam terbentuk, nampaknya tidak mungkin massa besar ini dapat terbentuk seawal itu, tetapi kita melihat ke langit dan mereka ada. "
Dalam usaha memahami proses yang membentuk lubang hitam supermasif awal, Di Matteo, Croft dan Khandai mencipta MassiveBlack - simulasi kosmologi terbesar setakat ini. Tujuan MassiveBlack adalah untuk mensimulasikan dengan tepat bilion tahun pertama alam semesta kita. Menggambarkan MassiveBlack, Di Matteo berkata, “Simulasi ini sungguh hebat. Ini adalah yang terbesar dari segi tahap fizik dan jumlah sebenar. Kami melakukannya kerana kami berminat untuk melihat perkara-perkara langka di alam semesta, seperti lubang hitam pertama. Kerana ia sangat jarang berlaku, anda perlu mencari ruang yang besar ”.
Croft dan pasukan memulakan simulasi menggunakan model kosmologi yang terkenal berdasarkan teori dan undang-undang fizik moden. "Kami tidak meletakkan sesuatu yang gila. Tidak ada fizik sihir, tidak ada barang tambahan. Fizik yang sama membentuk galaksi dalam simulasi alam semesta kemudian, "kata Croft. "Tetapi secara ajaib, kuarsa awal ini, seperti yang telah diperhatikan, muncul. Kami tidak tahu mereka akan muncul. Sangat mengagumkan untuk mengukur jumlah mereka dan pergi 'Wow! Ini adalah ukuran tepat yang tepat dan muncul tepat pada waktu yang tepat. "Ini adalah kisah kejayaan teori kosmologi moden."
Data dari MassiveBlack ditambahkan ke projek Mesin GigaPan Time. Dengan menggabungkan data MassiveBlack dengan projek Mesin Waktu GigaPan, para penyelidik dapat melihat simulasi seolah-olah ia adalah filem - mudah bergerak ke seluruh alam semesta yang disimulasikan ketika terbentuk. Apabila pasukan melihat peristiwa yang kelihatan menarik, mereka juga dapat memperbesar untuk melihat acara dengan lebih terperinci daripada yang dapat mereka lihat di alam semesta kita sendiri dengan teleskop darat atau ruang angkasa.
Ketika pasukan memperbanyak penciptaan lubang hitam supermasif pertama, mereka melihat sesuatu yang tidak dijangka. Pemerhatian normal menunjukkan bahawa apabila gas sejuk mengalir ke lubang hitam, ia dipanaskan dari perlanggaran dengan molekul gas lain yang berdekatan, kemudian menyejuk sebelum memasuki lubang hitam. Dikenali sebagai 'pemanasan kejutan', proses itu seharusnya menghentikan lubang hitam awal daripada mencapai massa yang diperhatikan. Sebaliknya, pasukan itu mengamati aliran gas tipis sejuk yang mengalir di sepanjang 'filamen' yang dilihat dalam tinjauan berskala besar yang mendedahkan struktur alam semesta kita. Filamen membenarkan gas mengalir terus ke pusat lubang hitam dengan kelajuan yang luar biasa, menyediakan makanan segera dan sejuk. Penggunaan yang stabil tetapi tidak terkawal memberikan mekanisme untuk lubang hitam tumbuh pada kadar yang jauh lebih cepat daripada galaksi inang mereka.
Penemuan ini akan diterbitkan dalam Astrophysical Journal Letters.
Sekiranya anda ingin membaca lebih lanjut, lihat makalah di bawah ini (melalui Physics arXiv):
Terapixel Pengimejan Simulasi Kosmologi
Pembentukan Galaksi Hosting z ~ 6 Quasar
Lubang Hitam Awal dalam Simulasi Kosmologi
Aliran Sejuk dan Quasar Pertama
Ketahui lebih lanjut mengenai Gigapan dan MassiveBlack di: http://gigapan.org/gigapans/76215/ dan http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Sumber: Siaran Akhbar Carnegie Mellon University
