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来自研究机构

早期宇宙中大量黑洞的诞生

戴特:
1月23日,二千零一十九
资料来源:
乔治亚理工学院
总结:
宇宙中第一个大黑洞周围释放出的光是如此强烈,以至于它能够在宇宙的整个广袤地区到达望远镜。难以置信地,来自最遥远黑洞(或类星体)的光已经向我们传播了130多亿光年。然而,我们不知道这些黑洞是如何形成的。
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一个来自文艺复兴模拟的3万光年的区域,以一个年轻星系团为中心,该星系团在加热周围气体的同时产生辐射(白色)和金属(绿色)。在这个加热区域外的一个暗物质晕形成了三颗超大质量恒星(插图),每颗恒星的质量超过太阳的1000倍,在数十亿年的时间里,它们将迅速坍缩成巨大的黑洞,最终形成超大质量的黑洞。
学分:高级可视化实验室国家超级计算应用中心

宇宙中第一个大黑洞周围释放出的光是如此强烈,以至于它能够在宇宙的整个广袤地区到达望远镜。难以置信地,来自最遥远黑洞(或类星体)的光已经向我们传播了130多亿光年。然而,我们不知道这些黑洞是如何形成的。

佐治亚理工学院的研究人员领导的新研究,都柏林城市大学,密歇根州立大学加州大学圣地亚哥分校,圣地亚哥超级计算机中心和IBM,为解决这个宇宙之谜提供了一条新的非常有希望的途径。研究小组表明,当星系以极快的速度(有时是剧烈的)聚集时,会形成非常巨大的黑洞。在这些稀有星系中,正常的恒星形成被破坏,黑洞形成接管。

新的研究发现,巨大的黑洞形成于快速成长的致密无星区域,颠倒了长期以来公认的观点,即大黑洞的形成仅限于被附近星系强大的辐射轰击的区域。研究结论,1月23日在杂志上报道自然在国家科学基金会的资助下,欧盟和美国宇航局,此外,还发现大质量黑洞在宇宙中比以前想象的要普遍得多。

确定在宇宙初期形成的巨大黑洞的关键标准是银河系前气体云的快速增长,而这些气体云是当今所有星系的先驱。这意味着在这个新发现的场景中,大多数超大质量黑洞都有一个共同的起源,John Wise说,佐治亚理工学院相对论天体物理学中心的副教授和论文的作者。暗物质坍缩成晕,这些晕是所有星系的引力胶。这些光环的早期快速增长阻止了恒星的形成,这些恒星将与黑洞竞争气体物质流入该区域。

“在这项研究中,我们已经发现了一种全新的机制,这种机制会在特别是暗物质晕中引发大规模黑洞的形成。“与其仅仅考虑辐射,我们需要看看光环的生长速度。我们不需要太多的物理学来理解它——只是暗物质是如何分布的,以及引力如何影响它。形成一个巨大的黑洞需要在一个物质高度集中的稀有区域。”

当研究小组在模拟中发现这些黑洞的形成地点时,他们最初被砍倒了,约翰·雷根说,都柏林城市大学天体物理与相对论中心研究员。先前被接受的范例是,只有在附近高水平的辐射下才能形成巨大的黑洞。

他说:“先前的理论认为,只有当这些地点暴露在高水平的恒星形成杀伤辐射下时,才会发生这种情况。”“随着我们深入研究,我们看到这些网站正经历着一个非常快速的增长期。这就是钥匙。快速集会的暴力和动荡的性质,在星系诞生的过程中,星系基础的剧烈碰撞阻止了正常的恒星形成,并导致了黑洞形成的完美条件。这项研究改变了以往的模式,开辟了一个全新的研究领域。”

早期的理论依靠来自附近星系的强烈紫外线辐射来抑制黑洞形成晕中恒星的形成,迈克尔·诺曼说,加州大学圣地亚哥分校的圣地亚哥超级计算机中心主任和这项工作的作者之一。“虽然紫外线辐射仍然是一个因素,我们的工作表明,这不是主导因素,至少在我们的模拟中,”他解释说。

该研究基于Renaission模拟套件,2011年至2014年在蓝水超级计算机上创建了一个70兆字节的数据集,以帮助科学家了解宇宙早期的演化过程。为了进一步了解可能形成巨大黑洞的特定区域,研究人员检查了模拟数据,发现了十个特定的暗物质晕,这些晕本应根据它们的质量形成恒星,但只包含一个致密的气体云。使用Stamped2超级计算机,然后,他们以更高的分辨率重新模拟了其中的两个光环,每个光环的直径约为2400光年,以了解大爆炸后2.7亿年中发生的事情的细节。

怀斯说:“只有在宇宙中这些过于稠密的区域,我们才能看到这些黑洞的形成。”“暗物质创造了大部分引力,然后气体进入重力势,在那里它可以形成恒星或者一个巨大的黑洞。”

文艺复兴时期的模拟是对由氢、氦和冷暗物质组成的原始气体的引力组装最早期阶段的最全面的模拟,这些气体导致了第一批恒星和星系的形成。他们使用一种称为自适应网格细化的技术来放大形成恒星或黑洞的密集团块。此外,它们覆盖了早期宇宙中足够大的区域,形成数千个物体——如果一个人对稀有物体感兴趣,这是一项要求,这里的情况也是如此。“高分辨率,诺曼说:“要达到这一结果,需要丰富的物理知识和大量的坍缩光环样本。”

对两个候选区域进行的模拟的改进分辨率使科学家们能够在黑洞前体开始凝结和旋转时看到湍流、气体的流入以及物质形成的团块。他们的增长速度是惊人的。

怀斯说:“天文学家观察到的超大质量黑洞在8亿年内已经成长为10亿太阳质量。”“要做到这一点,就需要在这一区域有一个强烈的质量会聚。你可以预料,在星系形成很早的地区。”

研究的另一个方面是产生黑洞的光晕可能比以前认为的更常见。

“这项工作的一个令人兴奋的组成部分是发现这些类型的光环,虽然稀有,可能很常见,”布赖恩·奥谢说,密歇根州立大学教授。“我们预测,这种情况的发生足以成为观测到的最巨大黑洞的起源,无论是在宇宙早期还是在今天的星系中。”

未来的模拟工作将着眼于这些巨大黑洞形成星系的生命周期,研究地层,第一个巨大黑洞的生长和演化。“我们的下一个目标是探索这些外来物体的进一步进化。今天这些黑洞在哪里?我们能在局部宇宙中或用引力波探测到它们的证据吗?”Regan问。

对于这些新的答案,研究团队和其他人可能会回到模拟中。

诺曼说:“文艺复兴时期的模拟足够丰富,其他的发现可以用已经计算出来的数据进行。”betway必威安卓“出于这个原因,我们在SDSC创建了一个公共档案馆,里面有一个叫“复兴模拟实验室”,其他人可以在那里研究他们自己的问题。”

故事来源:

资料提供者乔治亚理工学院.注意:内容可以根据样式和长度进行编辑。


日记帐引用

  1. 约翰HWise等。在快速增长的前星系气云中形成巨大的黑洞.自然,2019 DOI:10.1038/S41586-019-0873-4

引用此页

乔治亚理工学院。“早期宇宙中巨大黑洞的诞生。”《科学日报》。betway必威安卓betway必威安卓科学日报,2019年1月23日。 .
乔治亚理工学院。(2019)1月23日)。早期宇宙中大量黑洞的诞生。 betway必威安卓.3月5日检索,2019来自www.sciebetway必威安卓ncedaily.com/releases/2019/01/190123131730.htm
乔治亚理工学院。“早期宇宙中巨大黑洞的诞生。”《科学日报》。betway必威安卓www.betway必威安卓sciencedaily.com/releases/2019/01/190123131730.htm(3月5日访问)2019年)。

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