Na granicy widzialnego Wszechświata odnajdziemy najjaśniejsze obiekty jakie kiedykolwiek byliśmy w stanie zaobserwować. Chodzi oczywiście o kwazary – aktywne galaktyki zawierające czarne dziury o masie przekraczającej miliardy mas naszego Słońca. Po raz pierwszy symulacje komputerowe pokazały jak dokładnie przebiegał proces formowania ogromnych czarnych dziur 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Wczesny Wszechświat był bardzo gęsty oraz gorący, swoją strukturą przypominał jednolitą plazmę. Po etapie chłodzenia, fluktuacje w rozkładzie masy wytworzyły punkty, wokół których materia zaczęła się gromadzić dzięki sile grawitacji. Właśnie tak wyglądała geneza pierwszych gwiazd. Podobny proces mógł doprowadzić do wytworzenia się większych obiektów, na przykład czarnych dziur.

Do niedawna większość naukowców uważała, że supermasywne czarne dziury powstały dzięki grawitacyjnemu zapadaniu się pierwszych gwiazd. Jednak te przewidywania teoretyczne nie zostały potwierdzone przez modele komputerowe. Proces opisany powyżej prowadzi do wytworzenia się tylko czarnych dziur. W jaki więc sposób powstały największe obiekty naszego Wszechświata – supermasywne czarne dziury?

Grupa naukowców z Osaka University przeprowadziła symulację komputerową przedstawiającą inną sytuację: w której czarne dziury są zasilane przez chmury gazu wpadające w studnie potencjału wytworzoną przez ciemną materię (85 % Wszechświata składa się z tej niewidzialnej oraz zagadkowej substancji).

Zespół przeprowadzający symulację miał dostęp do bardzo wydajnego superkomputera w Osaka University’s Cybermedia Center, mimo tego naukowcy nie byli w stanie symulować dynamiki każdej pojedynczej cząsteczki gazu. Zamiast tego naukowcy symulowali zachowanie większych grup cząstek (zastępując wiele cząsteczek jedną cząsteczką nazywaną „sink particle”). Upraszcza to znacznie obliczenia numeryczne i pozwala przeprowadzać symulacje komputerowe w dużo większych skalach czasowych.

Naukowcy odkryli, że większość grup cząsteczek nie rośnie zbyt szybko, z wyjątkiem jednej centralnej grupy, która urosła bardzo szybko i zgromadziła masę równą 2 milionom mas Słońca w ciągu 2 milionów lat. Ponadto gaz obracając się wokół centralnego zagęszczenia wytworzył dwa dyski akrecyjne. Taka sytuacja dotychczas nie została zaobserwowana.

W innej niedawno opublikowanej pracy, zespół z Osaka University opisał wzrost masywnych galaktyk, które wytworzyły się mniej więcej w tym samym czasie, co supermasywne czarne dziury. Naukowcy mają nadzieję, że uda się zweryfikować przeprowadzone symulacje po wystrzeleniu na orbitę teleskopu James Webb, który dostarczy naukowcom prawdziwych danych do analizy. Dzięki temu teleskopowi kosmicznemu będziemy mogli zajrzeć znacznie głębiej w strukturę Wszechświata oraz jego historię. Będziemy również w stanie bezpośrednio obserwować odległe źródła na które właśnie opadają chmury gazu.

Autor

Marcin Kastek

Miłośnik astronomii związany z Klubem Astronomicznym Almukantarat od 2014 roku.

Dodaj komentarz