Penn State araştırma ekibi, X-ışını verilerini ve galaksi oluşumu simülasyonlarını entegre ederek süper kütleli kara delik büyümesine ilişkin anlayışımızı geliştirdi. Bulguları, kara delik büyümesinin esas olarak birikimden kaynaklandığını, birleşmelerin ise özellikle erken evrende ikincil bir rol oynadığını ortaya koyuyor. Bu bilgiler, evrenin genç evrelerinde kara deliklerin hızlı büyümesini açıklamaya yardımcı oluyor.
Araştırmacılar, 12 milyar yıllık kozmik kara delik büyümesini izlemek için X-ışını araştırmalarını ve süper bilgisayar simülasyonlarını birleştirdi.
Bulguları şunu ortaya koyuyor Kara delik Büyüme öncelikle birikimden kaynaklanıyor; özellikle evrenin erken dönemlerinde birleşmeler ikincil bir rol oynuyor. Bu bilgiler, evrenin genç evrelerinde kara deliklerin hızlı büyümesini açıklamaya yardımcı oluyor.
Süper Kütleli Kara Delikler Nasıl Süper Kütleli Olur?
Araştırmacılar, kozmik tarih boyunca galaksilerin oluşumuna ilişkin ön düzey X-ışını gözlemlerini son teknoloji ürünü süper bilgisayar simülasyonlarıyla birleştirerek, galaksilerin merkezlerinde bulunan süper kütleli kara deliklerin büyümesine ilişkin bugüne kadarki en iyi modellemeyi sağladılar. Penn Eyaleti gökbilimcileri tarafından yönetilen bir araştırma ekibi, bu hibrit yaklaşımı kullanarak, Evren’in yaklaşık 1,8 milyar yaşındaki başlangıç döneminden 13,8 milyar yıl olan şu ana kadar 12 milyar yıllık kara delik büyümesinin tam bir resmini elde etti.
Araştırma, biri dergide yayınlanmış iki makaleden oluşmaktadır. Astrofizik Dergisi Nisan 2024’te ve henüz yayınlanmamış bir tanesi aynı dergiye sunulacak. Sonuçlar, 9-13 Haziran tarihleri arasında Madison, Wisconsin’deki Monona Terrace Kongre Merkezi’nde düzenlenecek olan Amerikan Astronomi Topluluğu’nun 244. toplantısında sunulacak. Sonuçlar, canlı yayınlanan ve şu anda görüntülenebilen bir basın toplantısında açıklandı:
Süper Kütleli Kara Delik Büyümesinin Mekanizmaları
Penn State’de yüksek lisans öğrencisi ve makalelerin ilk yazarı Fan Zou, “Galaksi merkezlerindeki süper kütleli kara delikler Güneş’in milyonlarca ila milyarlarca katı kütleye sahiptir” dedi. “Nasıl bu kadar canavar olabiliyorlar? Bu, gökbilimcilerin onlarca yıldır üzerinde çalıştığı bir soru, ancak kara deliklerin güvenilir bir şekilde büyüyebileceği tüm yolları takip etmek zor oldu.”
Süper kütleli kara delikler iki ana kanalın birleşimi yoluyla büyür. Ev sahibi galaksiden soğuk gaz tüketiyorlar (birikme adı verilen bir süreç) ve galaksiler çarpıştığında diğer süper kütleli kara deliklerle birleşebiliyorlar.
Veri Kaynakları ve Artış Ölçümü
Eberly Ailesi Astronomi ve Astrofizik Kürsüsü Profesörü ve Astronomi Profesörü W. Niel Brandt, “Barındırdıkları galaksilerden gaz tüketme süreci sırasında, kara delikler güçlü X-ışınları yayarlar ve bu onların büyümelerini büyüme yoluyla izlemenin anahtarıdır” dedi. Penn State’de fizik ve araştırma ekibinin lideri. “Yığılma kaynaklı büyümeyi, şimdiye kadar uzaya fırlatılan en güçlü üç X-ışını tesisinden 20 yılı aşkın bir süre boyunca biriken X-ışını gökyüzü araştırması verilerini kullanarak ölçtük.”
Araştırma ekibi tamamlayıcı verileri kullandı. NASAChandra X-ışını Gözlemevi, Avrupa Uzay AjansıX-ışını Çoklu Ayna Misyonu-Newton (XMM-Newton) ve Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü’nün eROSITA teleskopu. Toplamda, 8.000’den fazla hızla büyüyen kara delik içeren 1,3 milyon galaksiden oluşan bir örnekte birikime dayalı büyümeyi ölçtüler.
Araştırmacılar, şimdiye kadar uzaya fırlatılan en güçlü X-ışını tesislerinden elde edilen X-ışını gözlemlerini, galaksilerin kozmik düzlemde oluşumunu gösteren süper bilgisayar simülasyonlarıyla birleştirerek, galaksilerin merkezlerinde bulunan süper kütleli kara deliklerin büyümesine ilişkin bugüne kadarki en iyi modellemeyi sağladılar. tarih. Solda X-ışını (mavi) ve optik (kırmızı, yeşil ve mavi) gözlemleri birleştiren bir görüntü, sağda ise IllustrisTNG kullanılarak kozmolojik simülasyonlardan simüle edilmiş gaz sütunu yoğunluğu yer almaktadır. Gözlenen X-ışını emisyonu, sanatçının çiziminde (ek resim) de gösterildiği gibi, esas olarak biriken süper kütleli kara deliklerden kaynaklanmaktadır. Figürün kısa kenarının uzunluğu, gökyüzündeki dolunay ile aynı görünen büyüklüğü kapsamaktadır. Katkı Sağlayanlar: F. Zou (Penn State) ve diğerleri; Gözlemler: XMM-SERVS İşbirliği; Simülasyonlar: TNG İşbirliği;Çizim: Nahks TrEhnl (Penn State)
Zou, “Örneğimizdeki galaksilerin ve kara deliklerin tümü, kızılötesi, optik, morötesi ve X-ışını bantlarında mükemmel ölçümlerle, çoklu dalga boylarında çok iyi karakterize edilmiştir” dedi. “Bu, sağlam sonuçlara varılmasına olanak sağlıyor ve veriler, tüm kozmik çağlarda, daha büyük galaksilerin kara deliklerini birikim yoluyla daha hızlı büyüttüğünü gösteriyor. Verilerin kalitesi sayesinde bu önemli olguyu geçmiş çalışmalara göre çok daha iyi ölçebildik.”
Birleşmeler ve Simüle Edilmiş Büyüme
Süper kütleli kara deliklerin büyümesinin ikinci yolu, iki süper kütleli kara deliğin çarpıştığı ve bir araya gelerek tek, hatta daha büyük bir kara delik oluşturduğu birleşmelerdir. Ekip, birleşme yoluyla büyümeyi takip etmek için şunları kullandı: IllustrisTNGGalaksinin oluşumunu, evrimini ve kısa bir süre sonra birleşmesini modelleyen bir dizi süper bilgisayar simülasyonu. Büyük patlama günümüze kadar.
Brandt, “Hibrit yaklaşımımızda, süper kütleli kara deliklerin büyüme geçmişini yeniden oluşturmak için, birikim yoluyla gözlemlenen büyümeyi, birleşme yoluyla simüle edilmiş büyümeyle birleştiriyoruz” dedi. “Bu yeni yaklaşımla, süper kütleli kara deliklerin günümüze kadarki büyümesinin en gerçekçi resmini ürettiğimize inanıyoruz.”
Etki ve Tarihsel Büyüme Modelleri
Araştırmacılar çoğu durumda kara delik büyümesine yığılmanın hakim olduğunu buldu. Birleşmeler, özellikle son 5 milyar yıllık kozmik zaman içerisinde en büyük kara delikler için dikkate değer ikincil katkılarda bulundu. Genel olarak, tüm kütlelerdeki süper kütleli kara delikler, Evren gençken çok daha hızlı büyüdü. Bu nedenle, süper kütleli kara deliklerin toplam sayısı neredeyse 7 milyar yıl önce sabitlenmişken, Evren’de daha önce birçok yeni kara delik ortaya çıkmaya devam ediyordu.
Zou, “Yaklaşımımızla, yerel evrendeki merkezi kara deliklerin büyük olasılıkla kozmik zaman içinde nasıl büyüdüğünü takip edebiliriz” dedi. “Örnek olarak, merkezimizdeki süper kütleli kara deliğin büyümesini ele aldık. Samanyolu Kütlesi 4 milyon güneş kütlesi olan galaksi. Sonuçlarımız, Galaksimizin kara deliğinin büyük olasılıkla kozmik zamanda nispeten geç büyüdüğünü gösteriyor.”
Referans: Fan Zou, Zhibo Yu, WN Brandt, Hyungsuk Tak, Guang Yang ve Qingling Ni, 29 Mart 2024, “Galaksi Yıldız Kütlesi ve Kırmızıya Kaymanın Bir Fonksiyonu Olarak Süper Kütleli Kara Deliklerin Büyümesinin Haritalanması”, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad27cc
Araştırma ekibinde Zou ve Brandt’ın yanı sıra Penn State’de yüksek lisans öğrencisi Zhibo Yu; Penn State’de istatistik, astronomi ve astrofizik alanında yardımcı doçent olan Hyungsuk Tak; Michigan Üniversitesi’nden Elena Gallo; Çin’deki Nanjing Üniversitesi’nden Bin Luo; Almanya’daki Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü’nden Qingling Ni; Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Yongquan Xue; ve Hollanda’daki Groningen Üniversitesi’nden Guang Yang.
ABD Ulusal Bilim Vakfı, Chandra Röntgen Merkezi ve Penn State’in finansmanı bu çalışmayı destekledi. Çalışma aynı zamanda paylaşımıyla da mümkün oldu. IllustrisTNG Simülasyon sonuçlarını bilimsel toplulukla paylaşın.