Stor simulering finder ny oprindelse af supermassive sorte huller

Computersimuleringer udført af astrofysikere ved Tohoku University i Japan, har afsløret en ny teori for oprindelsen af ​​supermassive sorte huller. I denne teori, forløberne for supermassive sorte huller vokser ved at opsluge ikke kun interstellar gas, men også mindre stjerner. Dette er med til at forklare det store antal supermassive sorte huller, der observeres i dag.

Næsten alle galakser i det moderne univers har et supermassivt sort hul i centrum. Deres masser kan nogle gange nå op til 10 milliarder gange Solens masse. Imidlertid, deres oprindelse er stadig et af astronomiens store mysterier. En populær teori er den direkte kollaps-model, hvor primordiale skyer af interstellar gas kollapser under selvtyngdekraft og danner supermassive stjerner, som derefter udvikler sig til supermassive sorte huller. Men tidligere undersøgelser har vist, at direkte kollaps kun virker med uberørt gas, der kun består af brint og helium. Tungere grundstoffer som kulstof og ilt ændrer gasdynamikken, får den kollapsende gas til at fragmentere i mange mindre skyer, som danner deres egne små stjerner, frem for et par supermassive stjerner. Direkte kollaps fra uberørt gas alene kan ikke forklare det store antal supermassive sorte huller, der ses i dag.

Sunmyon Chon, en postdoktor ved Japan Society for the Promotion of Science og Tohoku University og hans team brugte National Astronomical Observatory of Japans supercomputer "ATERUI II" til at udføre langsigtede 3-D højopløsningssimuleringer for at teste muligheden for, at supermassive stjerner kunne dannes selv i tung-element-beriget gas. Stjernedannelse i gasskyer inklusive tunge elementer har været vanskelig at simulere på grund af de beregningsmæssige omkostninger ved at simulere den voldsomme spaltning af gassen, men fremskridt inden for computerkraft, specifikt den høje beregningshastighed for "ATERUI II", der blev taget i brug i 2018, gav holdet mulighed for at overvinde denne udfordring. Disse nye simuleringer gør det muligt at studere dannelsen af ​​stjerner fra gasskyer mere detaljeret.

I modsætning til tidligere forudsigelser, forskerholdet fandt ud af, at supermassive stjerner stadig kan dannes fra gasskyer, der er beriget med tunge grundstoffer. Som forventet, gasskyen bryder voldsomt op, og der dannes mange mindre stjerner. Imidlertid, der er en stærk gasstrøm mod midten af ​​skyen; de mindre stjerner trækkes af denne strøm og opsluges af de massive stjerner i midten. Simuleringerne resulterede i dannelsen af ​​en massiv stjerne 10, 000 gange mere massiv end Solen. "Det er første gang, at vi har vist dannelsen af ​​et så stort sort hul-forstadium i skyer beriget med tunge grundstoffer. Vi tror, ​​at den gigantiske stjerne, der således dannes, vil fortsætte med at vokse og udvikle sig til et gigantisk sort hul, " siger Chon.

Denne nye model viser, at ikke kun urgas, men også gas indeholdende tunge grundstoffer kan danne kæmpestjerner, som er frøene til sorte huller. "Vores nye model er i stand til at forklare oprindelsen af ​​flere sorte huller end de tidligere undersøgelser, og dette resultat fører til en samlet forståelse af oprindelsen af ​​supermassive sorte huller, " siger Kazuyuki Omukai, professor ved Tohoku University.