Forskere kaster lys over væksten af ​​sorte huller

Forskere ved Center for Astrofysik | Harvard &Smithsonian, og Black Hole Initiative (BHI), har kastet lys over, hvordan sorte huller vokser over tid ved at udvikle en ny model til at forudsige, om vækst ved tilvækst eller ved fusioner er dominerende, ifølge resultaterne af en undersøgelse præsenteret i dag på det virtuelle 236. møde i American Astronomical Society og offentliggjort samtidigt i The Astrofysisk tidsskrift .

Dr. Avi Loeb, Frank B. Baird Jr. professor i videnskab ved Harvard, og Dr. Fabio Pacucci, astrofysiker og BHI &Clay Fellow ved CfA, har udviklet en teoretisk model til at bestemme hovedkanalen for væksten af ​​sorte huller. Modellen er gyldig fra lokaluniverset op til rødforskydning 10, eller nogenlunde fra nutiden til omkring 13 milliarder år siden.

Undersøgelsen tyder på, at hovedvækstkanalen afhænger af massen af ​​det sorte hul og af rødforskydning. I det nærliggende univers vokser små sorte huller for det meste ved tilvækst, mens meget store sorte huller vokser mest via fusioner. I det meget fjerntliggende univers er der en vending:Små sorte huller vokser for det meste ved fusioner, store sorte huller ved tilvækst.

"Sorte huller kan vokse på to måder. De kan samle masse fra rummet omkring dem, eller de kan smelte sammen med hinanden, danner endnu et massivt sort hul, " sagde Pacucci. "Vi tror i øjeblikket, at de første sorte huller begyndte at dannes omtrent med den første population af stjerner, for over 13,5 milliarder år siden." Spørgsmålet er:hvordan voksede disse "frø" til at danne den meget brede befolkning af sorte huller, som videnskabsmænd nu opdager i universet, fra små op til de helt store monstre, som vi ser skinne fra den anden side af kosmos? Loeb tilføjede, "Vi kan begrænse deres historie ikke kun ved at detektere lys, men også gennem gravitationsbølger, krusninger i rumtiden, som deres fusioner producerer."

Ifølge tidligere undersøgelser, sorte huller, der hovedsageligt vokser ved tilvækst, forudsiges at rotere meget hurtigere på deres akser end dem, der vokser mest via fusioner. "Som rotationshastigheden, eller spin, fundamentalt påvirker den måde, hvorpå området omkring et sort hul skinner, at studere de vigtigste vækstmodaliteter for sorte huller hjælper med at give os et klarere billede af, hvor lyse disse kilder kan være. Vi ved allerede, at stof falder mod begivenhedshorisonten af ​​sorte huller og, når det går hurtigere, den bliver også varm, og denne gas begynder at udsende stråling, " sagde Pacucci. "Jo mere stof et sort hul opstår, jo lysere bliver det; det er derfor, vi er i stand til at observere objekter langt væk som supermassive sorte huller. De er en milliard gange mere massive end solen, og de er i stand til at udsende enorme mængder stråling, så vi kan observere dem fra endda milliarder af lysårs afstand." Loeb udtalte endvidere, at selvom deres miljø er gasfrit, "sorte huller kan vokse i masse gennem galaksefusioner."

Sorte huller, og deres vækst, synes at spille en nøglerolle i galaksernes udvikling. "Vi tror, ​​at hver galakse indeholder et massivt sort hul i centrum, som regulerer dannelsen af ​​stjerner i deres vært, " sagde Pacucci. "Ved at forstå, hvordan sorte huller blev dannet, voksede og udviklede sig sammen med galakser er grundlæggende for vores forståelse og viden om universet, og med denne undersøgelse, vi har endnu en brik i puslespillet."

Den næste generation af rumbaserede røntgen- og gravitationsbølgeobservatorier, inklusive Lynx, Athene, AXIS og LISA - Laser Interferometer Space Antenna - vil være i stand til at detektere de fleste af de sorte huller, der er undersøgt i dette arbejde, op til det meget tidlige univers. Fremtidige observationer vil teste den nye model og i sidste ende udvide den videnskabelige viden om befolkningen af ​​sorte huller på tværs af kosmisk tid.

"Vi har allerede testet vores model med data fra nærliggende sorte huller, opnår meget opmuntrende resultater, " sagde Pacucci. "Vores mål i denne undersøgelse var at give det videnskabelige samfund en teori, der beskriver, hvordan sorte huller kan være vokset under universets udvikling. Dette vil informere beslutninger om observationsstrategier med fremtidige rumteleskoper, samt lægge grundlaget for modeller, der beskriver andre aspekter af universets udvikling."

Loeb, også, er optimistisk med hensyn til fremtiden, "Vi finder overraskende store 'babyer' i de kosmiske børnehaver med sorte huller, men i løbet af de kommende årtier vil vi finde ud af, hvem deres forældre var."