At blive gamle sammen:Et skarpere blik på sorte huller og deres værtsgalakser

Nogle forhold er skrevet i stjernerne. Det er bestemt tilfældet for supermassive sorte huller og deres værtsgalakser, ifølge en ny undersøgelse fra Yale University.

Det "særlige forhold" mellem supermassive sorte huller (SMBH'er) og deres værter - noget astronomer og fysikere har observeret i et stykke tid - kan nu forstås som et bånd, der begynder tidligt i en galakses dannelse og har indflydelse på, hvordan både galaksen og SMBH i centrum vokser over tid, konstaterer forskerne.

Et sort hul er et punkt i rummet, hvor stof er blevet komprimeret så tæt, at det skaber intens tyngdekraft. Denne tyngdekraft er stærk nok til, at selv lys ikke kan undslippe sit træk. Sorte huller kan være så små som et enkelt atom eller så store som milliarder af miles i diameter. De største kaldes "supermassive" sorte huller og har masser svarende til millioner - eller endda milliarder - af sole.

SMBH'er findes ofte i centrum af store galakser, inklusive vores egen galakse, Mælkevejen. Selvom SMBH'er teoretisk forventedes at eksistere, de første observationelle hints blev opdaget i 1960'erne; tidligere i år, Event Horizon Telescope udgav den første silhuet af et sort hul i galaksen Messier 87. Astrofysikere fortsætter med at teoretisere om oprindelsen af ​​sorte huller, hvordan de vokser og gløder, og hvordan de interagerer med værtsgalakser i forskellige astronomiske miljøer.

"Der har været megen usikkerhed med hensyn til SMBH-galakseforbindelsen, især om SMBH-vækst var tættere forbundet med stjernedannelseshastigheden eller massen af ​​værtsgalaksen, " sagde Yale-astrofysiker Priyamvada Natarajan, seniorforsker af det nye studie, som står i journalen Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society . "Disse resultater repræsenterer det mest grundige teoretiske bevis for førstnævnte - væksthastigheden af ​​sorte huller ser ud til at være tæt koblet til den hastighed, hvormed stjerner dannes i værten."

Natarajan har ydet væsentlige bidrag til vores forståelse af formationen, montage, og vækst af SMBH'er, med hensyn til deres omgivelser. Hendes arbejde taler om det underliggende spørgsmål om, hvorvidt disse sammenhænge blot er korrelationer eller tegn på dybere årsagssammenhæng.

Natarajan og hendes team – førsteforfatter Angelo Ricarte og Michael Tremmel fra Yale og Thomas Quinn fra University of Washington – brugte sofistikerede sæt simuleringer til at gøre opdagelsen. kaldet Romulus, den kosmologiske simulering følger udviklingen af ​​forskellige områder af universet fra lige efter Big Bang og frem til i dag og omfatter tusindvis af simulerede galakser, der bor i en bred vifte af kosmiske miljøer.

Romulus-simuleringerne giver det højeste opløsning øjebliksbillede af sorte huls vækst, giver et fuldstændigt fremvækst og skarpere billede af, hvordan sorte huller vokser inden for en bred vifte af værtsgalakser, fra de mest massive galakser placeret i centrum af galaksehobe – meget tætte områder som overfyldte bycentre – til meget mere almindelige dværggalakser, der bor i de mere sparsomme forstæder.

"På et tidspunkt, hvor drivkræfterne bag væksten i sorte huller er uklare, disse simuleringer giver et enkelt billede. De vokser simpelthen sammen med stjernerne uafhængigt af galaksens masse, det større miljø, eller den kosmiske epoke, " sagde Ricarte, en tidligere kandidatstuderende hos Natarajan, som nu er postdoc ved Harvard.

Et af de mere spændende resultater af undersøgelsen, Ricarte bemærkede, har at gøre med den måde, hvorpå de største sorte huller i universet interagerer med deres værtsgalakser over tid. Forskerne fandt ud af, at SMBH'er og deres værter vokser i tandem, og at forholdet er "selvkorrigerende, "uafhængig af den slags miljø, de bebor.

"Hvis SMBH begynder at vokse for hurtigt og bliver for stort til sit galaktiske hjem, fysiske processer sikrer, at dens vækst aftager i forhold til galaksen, Tremmel forklarede. "På den anden side, hvis SMBH's masse er for lille til sin galakse, SMBH's væksthastighed stiger i forhold til størrelsen af ​​galaksen for at kompensere."