Od ziaren do gigantów: jak supermasywne czarne dziury rosną przez akrecję i fuzje

WarsawNaukowcy zaczynają rozumieć, w jaki sposób supermasywne czarne dziury stają się tak ogromne. Grupa astronomów z Penn State badała wzrost tych czarnych dziur na przestrzeni 12 miliardów lat. Wykorzystali nowe obserwacje rentgenowskie oraz symulacje komputerowe do realizacji tego celu.

Supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach galaktyk i są od milionów do miliardów razy masywniejsze od Słońca. Niniejsze badanie analizuje, jak te czarne dziury rosły od 1,8 miliarda lat po powstaniu Wszechświata do dnia dzisiejszego, co jest 13,8 miliarda lat później.

Oto, co zostało odkryte:

• Czarne dziury powiększają się poprzez akrecję zimnego gazu z galaktyk, w których się znajdują.
• Rosną również poprzez łączenie się z innymi supermasywnymi czarnymi dziurami podczas zderzeń galaktyk.
• Wzrost spowodowany akrecją można monitorować za pomocą danych rentgenowskich.
• Łączenia mają znaczący wkład w ich wzrost, szczególnie w ostatnich 5 miliardach lat.

Zespół, w skład którego wchodzi student Penn State, Fan Zou, będący również pierwszym autorem publikacji, a także naukowcy z różnych instytucji, przeanalizował dane pochodzące z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra NASA, XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej oraz teleskopu eROSITA Instytutu Maxa Plancka.

Badali rozwój czarnych dziur w ponad 1,3 miliona galaktyk, w tym ponad 8 tysięcy szybko rosnących czarnych dziur. Tak duża liczba próbek pozwoliła im na wyciągnięcie solidnych wniosków.

Badania pokazują, że większe galaktyki mają tendencję do szybszego powiększania swoich czarnych dziur poprzez pochłanianie materii. Ten wzorzec jest spójny we wszystkich okresach istnienia wszechświata. Naukowcy wykorzystali symulacje komputerowe z projektu IllustrisTNG, aby prześledzić ten rozwój podczas zderzeń galaktyk.

Zobacz również:

Dzisiaj · 13:23

Niezwykłe siły mechaniczne a ekspresja genów

Ich metoda wykorzystuje rzeczywiste dane dotyczące przyrostu mas czarnych dziur i łączy je z komputerowymi modelami łączenia się czarnych dziur. Dzięki temu podejściu uzyskuje się najjaśniejszy obraz wzrostu supermasywnych czarnych dziur. Większość wzrostu wynika z opadania materii do wnętrza czarnej dziury, ale łączenia się czarnych dziur również miały istotne znaczenie, zwłaszcza w ostatnich kosmicznych okresach.

Badania wskazują, że bardzo duże czarne dziury rozwijały się szybciej, gdy Wszechświat był młodszy. Ich liczba przestała zasadniczo rosnąć 7 miliardów lat temu.

Naukowcy badali czarną dziurę znajdującą się w centrum Drogi Mlecznej, która jest 4 miliony razy większa od masy naszego Słońca. Ich odkrycia sugerują, że ta czarna dziura zwiększyła swoje rozmiary w późniejszym okresie historii wszechświata.

Zespół badawczy składa się z:

• Zhibo Yu, student studiów magisterskich na Penn State
• Hyungsuk Tak, adiunkt na Penn State
• Elena Gallo, Uniwersytet Michigan
• Bin Luo, Uniwersytet Nankiński, Chiny
• Qingling Ni, Instytut Maxa Plancka, Niemcy
• Yongquan Xue, Uniwersytet Nauki i Technologii Chin
• Guang Yang, Uniwersytet w Groningen, Holandia

Badania te zostały sfinansowane przez Narodową Fundację Nauki Stanów Zjednoczonych, Centrum Promieniowania Rentgenowskiego Chandra oraz Uniwersytet Stanowy Pensylwanii. Wyniki symulacji IllustrisTNG, udostępnione społeczności naukowej, również znacząco przyczyniły się do realizacji tego projektu.