Nowe badanie pokazuje, że nowa czarna dziura nie może żarliwie pochłaniać pobliski gaz - ponieważ może wydobyć większość gazu w sąsiedztwie.
Marcelo Alvarez z Uniwersytetu Stanforda i jego koledzy przeprowadzili nową symulację superkomputera zaprojektowaną w celu śledzenia losu pierwszych czarnych dziur we wszechświecie. Odkryli, że wbrew oczekiwaniom młode czarne dziury nie były w stanie skutecznie wypić gazu w pobliżu.
„Pierwsze gwiazdy były znacznie masywniejsze niż większość gwiazd, które widzimy dzisiaj, ponad 100 razy więcej niż nasze Słońce” - powiedział John Wise, doktorant w NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland i jeden z autorzy badania. „Po raz pierwszy byliśmy w stanie szczegółowo symulować, co dzieje się z gazem wokół tych gwiazd przed i po utworzeniu czarnych dziur”.
Intensywne promieniowanie i silne odpływy z tych masywnych gwiazd spowodowały rozproszenie pobliskiego gazu. „Te gwiazdy zasadniczo usunęły większość gazu w ich pobliżu” - powiedział Wise. Część tych pierwszych gwiazd nie zakończyła życia w eksplozjach wielkich supernowych. Zamiast tego zapadły się bezpośrednio w czarne dziury.
Ale czarne dziury narodziły się w ubogiej w gaz jamie i przy niewielkiej ilości gazu do zasilenia rosły bardzo powoli. „W ciągu 200 milionów lat naszej symulacji czarna dziura o masie 100 Słońca wzrosła o mniej niż jeden procent jej masy”, powiedział Alvarez.
Zaczynając od danych uzyskanych z obserwacji kosmicznego promieniowania tła - błysku światła, które nastąpiło 380 000 lat po Wielkim Wybuchu, który przedstawia najwcześniejszy widok struktury kosmicznej - naukowcy zastosowali podstawowe prawa rządzące interakcją materii i zezwolili na ich model wczesny wszechświat do ewolucji. Kompleksowa symulacja obejmowała hydrodynamikę, reakcje chemiczne, absorpcję i emisję promieniowania oraz tworzenie gwiazd.
W symulacji kosmiczny gaz powoli zlewał się pod wpływem siły grawitacji i ostatecznie formował pierwsze gwiazdy. Te masywne, gorące gwiazdy płonęły jasno przez krótki czas, emitując tyle energii w postaci światła gwiazd, że odepchnęły pobliskie chmury gazowe.
Gwiazdy te nie mogły długo wytrzymać tak ognistej egzystencji i wkrótce wyczerpały swoje wewnętrzne paliwo. Jedna z gwiazd w symulacji zapadła się pod własnym ciężarem, tworząc czarną dziurę. W pobliżu znajdowały się tylko smugi gazu, czarna dziura była „głodująca” materii, na której ma rosnąć.
Jednak pomimo surowej diety czarna dziura miała dramatyczny wpływ na otoczenie. Ujawniono to poprzez kluczowy aspekt symulacji zwany sprzężeniem radiacyjnym, który tłumaczył sposób, w jaki promieniowanie rentgenowskie emitowane przez czarną dziurę wpłynęło na odległy gaz.
Nawet na diecie czarna dziura wytwarza wiele promieni rentgenowskich. Promieniowanie to nie tylko zapobiegało przedostawaniu się gazu w pobliżu, ale podgrzewało gaz sto lat świetlnych stąd do kilku tysięcy stopni. Gorący gaz nie może zebrać się w nowe gwiazdy. „Mimo że czarne dziury nie rosną znacząco, ich promieniowanie jest wystarczająco intensywne, aby zatrzymać powstawanie gwiazd w pobliżu na dziesiątki, a może nawet setki milionów lat”, powiedział Alvarez.
Źródło: NASA. Badanie pojawia się wThe Astrophysical Journal Letters.
