Cosa alimentava i primi buchi neri che permettevano la loro crescita molto rapida? Una nuova scoperta fatta dai ricercatori della Carnegie Mellon University usando una combinazione di simulazioni di supercomputer e tecnologia GigaPan Time Machine mostra che una dieta di "fast food" cosmici (sottili flussi di gas freddo) scorreva in modo incontrollato al centro dei primi buchi neri, causando loro per essere "sovradimensionati" e crescere più velocemente di qualsiasi altra cosa nell'universo.
Quando il nostro Universo era giovane, a meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang, le galassie stavano appena iniziando a formarsi e crescere. Secondo le precedenti teorie, i buchi neri in quel momento avrebbero dovuto essere ugualmente piccoli. I dati dello Sloan Digital Sky Survey hanno dimostrato il contrario: i buchi neri supermassicci esistevano già 700 milioni di anni dopo il Big Bang.
“Lo Sloan Digital Sky Survey ha rilevato buchi neri supermassicci in meno di 1 miliardo di anni. Avevano le stesse dimensioni dei più grandi buchi neri di oggi, che hanno 13,6 miliardi di anni ", ha detto Tiziana Di Matteo, professore associato di fisica (Carnegie Mellon University). “Era un puzzle. Perché alcuni buchi neri si formano così presto quando ci vuole l'intera età dell'Universo affinché altri raggiungano la stessa massa? ”
I buchi neri supermassicci sono i più grandi buchi neri esistenti - con un peso di miliardi di volte quello del Sole. I buchi neri più "normali" sono solo circa 30 volte più massicci del Sole. Il meccanismo attualmente accettato per la formazione di buchi neri supermassicci è attraverso fusioni galattiche. Un problema con questa teoria e come si applica ai primi buchi neri supermassicci è che nel primo Universo non c'erano molte galassie ed erano troppo distanti tra loro per fondersi.
Rupert Croft, professore associato di fisica (Carnegie Mellon University) ha osservato: “Se scrivi le equazioni su come si formano le galassie e i buchi neri, non sembra possibile che queste enormi masse possano formarsi così presto, ma guardiamo al cielo e Sono là."
Nel tentativo di comprendere i processi che hanno formato i primi buchi neri supermassicci, Di Matteo, Croft e Khandai hanno creato MassiveBlack, la più grande simulazione cosmologica fino ad oggi. Lo scopo di MassiveBlack è simulare accuratamente il primo miliardo di anni del nostro universo. Descrivendo Massive Black, osserva Di Matteo, “Questa simulazione è davvero gigantesca. È il più grande in termini di livello di fisica e volume reale. Lo abbiamo fatto perché eravamo interessati a guardare cose rare nell'universo, come i primi buchi neri. Perché sono così rari, devi cercare in un grande volume di spazio ”.
Croft e il team hanno iniziato le simulazioni utilizzando modelli noti di cosmologia basati su teorie e leggi della fisica moderna. "Non abbiamo fatto impazzire nulla. Non c'è fisica magica, niente di extra. È la stessa fisica che forma le galassie nelle simulazioni dell'universo successivo ", ha detto Croft. “Ma magicamente, questi primi quasar, proprio come erano stati osservati, appaiono. Non sapevamo che si sarebbero presentati. È stato fantastico misurare le loro masse e andare "Wow! Queste sono esattamente della giusta dimensione e si presentano esattamente al momento giusto. "È una storia di successo per la moderna teoria della cosmologia".
I dati di MassiveBlack sono stati aggiunti al progetto GigaPan Time Machine. Combinando i dati di MassiveBlack con il progetto GigaPan Time Machine, i ricercatori sono stati in grado di visualizzare la simulazione come se fosse un film, spostandosi facilmente nell'universo simulato mentre si formava. Quando il team ha notato eventi che sembravano interessanti, sono stati anche in grado di ingrandire per visualizzare gli eventi in modo più dettagliato di quello che potevano vedere nel nostro universo con telescopi terrestri o spaziali.
Quando il team ha ingrandito la creazione dei primi buchi neri supermassicci, hanno visto qualcosa di inaspettato. Le normali osservazioni mostrano che quando il gas freddo fluisce verso un buco nero, viene riscaldato dalle collisioni con altre molecole di gas vicine, quindi si raffredda prima di entrare nel buco nero. Conosciuto come "shock shock", il processo avrebbe dovuto impedire ai primi buchi neri di raggiungere le masse osservate. Invece, il team ha osservato sottili flussi di gas denso freddo che scorrevano lungo i "filamenti" visti in sondaggi su larga scala che rivelano la struttura del nostro universo. I filamenti hanno permesso al gas di fluire direttamente nel centro dei buchi neri a una velocità incredibile, fornendo loro cibi freddi e veloci. Il consumo costante, ma incontrollato, ha fornito un meccanismo per far crescere i buchi neri a un ritmo molto più veloce rispetto alle loro galassie ospiti.
I risultati saranno pubblicati in Astrophysical Journal Letters.
Se desideri saperne di più, consulta i documenti di seguito (tramite Physics arXiv):
Imaging Terapixel di simulazioni cosmologiche
The Formation of Galaxies Hosting z ~ 6 Quasars
Primi buchi neri nelle simulazioni cosmologiche
Cold Flows e i primi quasar
Maggiori informazioni su Gigapan e Massive Black su: http://gigapan.org/gigapans/76215/ e http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Fonte: comunicato stampa della Carnegie Mellon University
