Die Geschichte der schwarzen Herzen von Galaxien wurde zum ersten Mal fast vollständig erzählt, als Astronomen Röntgenbeobachtungen mit detaillierten Supercomputermodellen kombinierten, um deren Wachstum zu verfolgen supermassive schwarze Löcher mehr als 12 Milliarden Jahre kosmische Geschichte.
Damit haben Wissenschaftler gezeigt, dass sich das Schwarze Loch im Herzen unseres Planeten befindet Milchstraße erreichte seine vier Millionen Sonnenmassen relativ spät in seiner Geschichte.
Supermassereiche Schwarze Löcher sind millionenfach massereicher als unsere Sonne bis zu milliardenfach massereicher, aber ihre Ursprünge sind unklar und wie sie solch enorme Massen erreichten, war für Astronomen eine Herausforderung zu verstehen.
Die Astronomen Fan Zou und W. Niel Brandt, beide von der Penn State University, leiteten jedoch ein Team, das die beiden Wachstumsmechanismen von Schwarzen Löchern mithilfe von Beobachtungen und Simulationen verband. Die Ergebnisse könnten endlich einige Antworten liefern.
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„Eine wirklich große Frage ist, wie diese supermassiven Schwarzen Löcher so massiv werden?“ sagte Zou während präsentieren ihre Arbeiten auf dem 244. Treffen der American Astronomical Society in Wisconsin. „Um dieses Problem zu lösen, müssen wir die gesamte Wachstumsgeschichte dieser supermassiven Schwarzen Löcher verfolgen.“
Wie bereits erwähnt, erfolgt das Wachstum von Schwarzen Löchern im Wesentlichen über zwei Mechanismen. Der erste Grund ist die Ansammlung von kaltem Gas aus ihrer Muttergalaxie. Dieses Gas bildet eine Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch selbst, und das Material in der Scheibe bewegt sich allmählich spiralförmig in Richtung des Kerns des Schwarzen Lochs. Die Akkretionsscheibe kann so dicht werden, dass sie sich durch Reibung zwischen Gasmolekülen auf Millionen von Grad erwärmt und dadurch Röntgenstrahlung aussendet. Der andere Mechanismus tritt bei Galaxienkollisionen auf. Wenn dies geschieht, verschmelzen nicht nur Galaxien, sondern schließlich verschmelzen auch ihre supermassereichen Schwarzen Löcher und setzen einen Lichtstoß frei. Gravitationswellen.
Auf der Jagd nach kosmischen Leeren
Um abzuschätzen, inwieweit die Gasakkretion zum Wachstum supermassiver Schwarzer Löcher beiträgt, durchforstete das Studienteam mehr als 20 Jahre Archivdaten von NASAEs ist Chandra-Röntgenobservatoriumdas Programm der Europäischen Weltraumorganisation XMM-Newton Mission und die eROSITA Röntgengerät an Bord eines deutsch-russischen Gemeinschaftsschiffes Spektr-RG Raumschiff. Den Forschern gelang es, Röntgensignale von rund 8.000 schnell wachsenden supermassereichen Schwarzen Löchern zu identifizieren.
„Wenn supermassereiche Schwarze Löcher umgebendes Gas ansammeln, emittieren sie starke Röntgenstrahlen. Wenn wir sie also in den Röntgenbändern entdecken, können wir ihre Akkretionskraft messen“, sagte Zou.
Dann wandten sie sich an IllustrisTNG kosmologisch Supercomputersimulation zur Modellierung von Galaxienverschmelzungen im Laufe der kosmischen Geschichte. Von dort aus kombinierte das Team Röntgendaten, die Wachstum durch Akkretion zeigen, mit Ergebnissen simulierter Verschmelzungen, um besser zu verstehen, wie und wann supermassereiche Schwarze Löcher in den letzten 12 Milliarden Jahren wuchsen, im Vergleich zu 1,8 Milliarden Jahren nach der Entstehung supermassereicher Schwarzer Löcher. Urknall Bis heute.
Diese Simulationen „erfassen die gesamte großräumige Struktur [of the universe] Sie sind aber auch in der Lage, einzelne Galaxien zu untersuchen“, sagte Zou.
Geschichten über supermassereiche Schwarze Löcher
Zou und Brandt fanden heraus, dass radiologische Daten zeigen, dass die Akkretion in allen Epochen der kosmischen Geschichte der Haupttreiber für das Wachstum von Schwarzen Löchern war. Je massereicher die Galaxie ist, desto schneller wächst außerdem das supermassereiche Schwarze Loch in ihr durch Akkretion. Fusionen hingegen sind weniger wichtige Treiber schwarzes Loch Das Wachstum ist den Simulationen zufolge zwar bedingt, kann aber dennoch einen gewissen Einfluss haben.
„In den meisten Fällen dominiert die Akkretion das Wachstum supermassereicher Schwarzer Löcher, und Fusionen leisten bemerkenswerte sekundäre Beiträge“, sagte Zou.
Diese Ergebnisse zeigen auch, dass supermassive Schwarze Löcher früher im Universum schneller wuchsen und dass häufig neue auftauchen. Allerdings hatte sich die Gesamtzahl der supermassereichen Schwarzen Löcher vor etwa 7 Milliarden Jahren mehr oder weniger stabilisiert und es bildeten sich nur wenige neue supermassereiche Schwarze Löcher. Fusionen hatten in der späteren Geschichte größere Auswirkungen und erreichten ihren Höhepunkt bei der Entstehung von Schwarzen Löchern vor etwa 4 Milliarden Jahren.
„Das haben wir einmal entdeckt das Universum „Nachdem wir etwa 40 % ihres Alters erreicht haben, ist die Gesamtdemografie supermassereicher Schwarzer Löcher der Demografie supermassereicher Schwarzer Löcher, die wir im lokalen Universum beobachten, sehr ähnlich“, sagte Zou.
Astronomen haben sogar das Schwarze Loch unserer Galaxie speziell modelliert. Schütze A*und kam zu dem Schluss, dass sich der Großteil seiner Materie relativ spät im kosmischen Universum entwickelt hat. Zeit. Dieses Wachstum wäre hauptsächlich auf Akkretion zurückzuführen, da die meisten Verschmelzungen der Milchstraße mit anderen Galaxien vor mehr als 30 Jahren stattgefunden haben Vor 8 bis 10 Milliarden Jahren. Allerdings ist die Europäische WeltraumorganisationEs ist Gaia-Mission hat kürzlich gefundene Beweise für eine Zwerggalaxie, die erst vor 2 bis 3 Milliarden Jahren mit der Milchstraße kollidierte. Es wird angenommen, dass Zwerggalaxien Schwarze Löcher mittlerer Masse enthalten, die das Zehn- bis Hunderttausendfache der Masse unserer Sonne messen, und es ist möglich, dass eine von ihnen mit Sagittarius A* verschmolzen ist, um die Masse unseres Schwarzen Lochs zu erhöhen.
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Da uns die Ergebnisse nur 1,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall zurückversetzen, beschreiben sie nicht, wie sich die Keime supermassereicher Schwarzer Löcher erstmals bildeten. Dies bleibt für Kosmologen ein Dilemma, insbesondere seitdem Das Hubble-Weltraumteleskop und das James Webb-Weltraumteleskop gefunden zu haben überraschend massereiche Schwarze Löcher sehr früh in der Geschichte des Universums. Wie sie aufgewachsen sind Wir wissen derzeit nicht, dass es in weniger als einer Milliarde Jahren das Millionenfache der Masse unserer Sonne ausmachen wird.
Ein Artikel, der die Ergebnisse beschreibt, wurde im März veröffentlicht Das Astrophysics Journalein zweiter Artikel steht noch aus.