Var Olması Gerekmeyecek Kadar Büyük Kara Delikler Nadir Bir Üçlü Birleşmeden Doğabilir – BilimAlert

Süper kütleli kara delikler, Evrendeki en ağır nesnelerden bazılarıdır. Güneş’in kütlesinin milyonlarca ila milyarlarca katı olan evrimlerini açıklamak zordur.

Ve bu nesneler için, özellikle Evren tarihinin erken dönemlerinde daha yüksek kütle aralığı, daha da zorlayıcıdır. Bu ultra kütleli kara deliklerin 10 milyar Güneş’in üzerinde kütleleri var ve sadece teorik değiller. Yaklaşık 12,3 milyar yıl önce tespit edilen J2157 adlı bir galaksi 34 milyar güneş kütlesine sahip bir kara deliğe ev sahipliği yaparken, yaklaşık 12,1 milyar yıl önce S5 0014+81 olarak adlandırılan bir galaksi 40 milyar güneş kütlesine sahipti.

Eğer bu karadelikler etraflarındaki maddelerle beslenerek büyüyor olsalardı, Evren şimdiki yaşının yüzde 10’undan daha küçükken, bu kadar büyümek için yeterli zamana sahip olmaları mümkün değildi.

Açıkçası, ancak, onların varlığı imkansız değil. Sonuçta oradalar. Ve erken Evren’i modellemek için güçlü bir süper bilgisayar kullanan yeni bir simülasyon, bize mevcut kozmolojik modellerimizi bozmadan bu canavarların var olabileceği bir araç verdi.

“Ultra kütleli kara delikler için olası bir oluşum kanalının, büyük olasılıkla ‘kozmik öğlen’ döneminde meydana gelmesi muhtemel olan büyük kütleli galaksilerin aşırı birleşmesinden kaynaklandığını bulduk.” astrofizikçi Yueying Ni’yi açıklıyor Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi’nden (CfA).

Yığılma yoluyla yavaş bir büyüme, karadeliklerin kütle kazanma yollarından yalnızca biridir. Son yıllarda fiilen gözlemlediğimiz bir diğer yol ise iki kara deliğin çarpışmasıdır. Bu, büyük miktarda kütle kazanmanın bir tür kısayoludur ve birleşme sırasında kütlenin küçük bir yüzdesi yerçekimi enerjisi olarak kaçarken, birleşme öncesi nesnelerin birleşik kütlesinin hemen altında olan bir kara delik ile sonuçlanır.

Ni ve meslektaşları, erken Evren’de ultra kütleli kara deliklerin nasıl oluşabileceğini belirlemek için özel olarak geliştirilmiş bir yazılım kullandılar. Astrid, galaksi oluşumu ve süper kütleli kara deliklerin birleşmeleri de dahil olmak üzere Evrenin evrimini incelemek için tasarlandı. Astrid’i Texas Advanced Computing Center’da Frontera adlı bir süper bilgisayarda çalıştırıyorlar.

Bir süper bilgisayar gereklidir, çünkü ultra kütleli karadelikler gibi uç değerleri gözlemlemek için büyük bir alana ihtiyaç duyarsınız ve bu da büyük miktarda bilgi işlem gücü gerektirir. Ama işe yaradı: Yaklaşık 10 milyar yıl önce, araştırmacılar yaklaşık 10 milyar güneş kütlesinin oluştuğunu gördüler.

“Bulduğumuz şey, kütlelerini bir araya toplayan üç ultra kütleli kara delik. kozmik öğlen11 milyar yıl önce, yıldız oluşumunun, aktif galaktik çekirdeklerin (AGN) ve genel olarak süper kütleli karadeliklerin zirve aktivitelerine ulaştığı zaman” diyor Ni.

“Bu çağda, üç büyük gökadanın aşırı ve nispeten hızlı bir şekilde birleştiğini tespit ettik. Gökada kütlelerinin her biri kendi Samanyolu’muzun kütlesinin 10 katıdır ve her gökadanın merkezinde süper kütleli bir kara delik bulunur. Bulgularımız, Bu kuasar üçlü sistemlerin, bu üçlüler yerçekimsel olarak etkileşime girip birbirleriyle birleştikten sonra, bu nadir ultra kütleli karadeliklerin atası olma olasılığı var.”

Galaksilerin bazen çarpıştığını ve birbirleriyle birleştiğini biliyoruz – Samanyolu’nun kendisi bir tür Frankenstein’ın daha küçük galaksi canavarıdır – ve bu birleşmelerin üç yollu çarpışmalar olabileceğini biliyoruz. Astrid simülasyonu, bunun erken Evren’de de yüksek kütleli kuasarlarda meydana gelebileceğini gösteriyor.

Bunlar, merkezinde hiperaktif süper kütleli bir kara deliğin bulunduğu bir gökada sınıfıdır ve evrendeki en parlak nesneler olan milyarlarca ışıkyılı boyunca ışık saçacak kadar çok maddeyi aktif olarak yutar.

Bu galaksiler birleştiğinde, süper kütleli kara delikleri de birleşerek, sonunda büyük bir kara delik birleşimi görecek olan bir yörünge dansı yapmak için yeni birleşen büyük kütleli galaksinin merkezine doğru batıyor. Bu çarpışmaların meydana gelme hızını bilmiyoruz – yaydıkları yerçekimi dalgalarının frekansı, mevcut algılama aralığımız için çok düşük – ancak tahminler bunun oldukça sık olduğunu gösteriyor.

Yine de teknolojideki yeni gelişmeler, bu birleşmelerin gözlemsel kanıtlarını bulmaya çok daha yakın olduğumuz anlamına gelebilir. NASA’nın yaklaşmakta olan uzay tabanlı Lazer İnterferometre Uzay Anteni (LISA) çok daha geniş bir yerçekimi dalgaları aralığını tespit edebilecek; ve güçlü James Webb Uzay Teleskobu, sırlarını açığa çıkarmak için şimdi bile uzak Evren’e bakıyor.

Ekibin bulguları ve Astrid simülasyonları, bilim adamlarının JWST gözlemlerini daha iyi yorumlamalarına ve bugün etrafımızda gördüğümüz Evreni kozmik öğlenin nasıl şekillendirdiğini keşfetmelerine yardımcı olacak.

“Bu, astrofizikçiler için heyecan verici bir zaman” ni diyor.

Araştırma yayınlandı Astrofizik Dergi Mektupları.