Các hố đen siêu khổng lồ đầu tiên được hình thành như thế nào? Một mô hình mới về sự tiến hóa của các thiên hà và các lỗ đen cho thấy các vụ va chạm cho thấy các thiên hà va chạm có khả năng sinh ra các lỗ đen hình thành khoảng 13 tỷ năm trước. Phát hiện này lấp đầy trong một chương còn thiếu của vũ trụ Lịch sử ban đầu của chúng ta, và có thể giúp viết chương tiếp theo - trong đó các nhà khoa học hiểu rõ hơn về lực hấp dẫn và vật chất tối hình thành vũ trụ như chúng ta biết.
Sau phát hiện gần đây rằng các thiên hà hình thành sớm hơn nhiều trong lịch sử Vũ trụ so với suy nghĩ trước đây, Stelios Kazantzidis từ Đại học bang Ohio và nhóm của ông đã tạo ra các mô phỏng máy tính mới cho thấy các lỗ đen siêu lớn đầu tiên có thể được sinh ra khi những thiên hà đầu tiên đó va chạm với nhau. và hợp nhất với nhau. Điều này có thể xảy ra trong vài tỷ năm đầu tiên sau Vụ nổ lớn.
Kết quả của chúng tôi thêm một cột mốc mới cho việc nhận thức quan trọng về cách thức cấu trúc trong vũ trụ, ông Kaz Kazantzidis nói.
Trước đây, các nhà thiên văn học nghĩ rằng các thiên hà phát triển theo thứ bậc, trong đó lực hấp dẫn đã thu hút các mẩu vật chất nhỏ lại với nhau và các bit nhỏ đó dần dần kết hợp với nhau để tạo thành các cấu trúc lớn hơn.
Nhưng các mô hình mới biến khái niệm đó trên đầu của nó.
Sau đó, cùng với những khám phá khác, kết quả của chúng tôi cho thấy các cấu trúc lớn - cả thiên hà và lỗ đen khổng lồ - tích tụ nhanh chóng trong lịch sử của vũ trụ, ông nói. Thật đáng ngạc nhiên, điều này trái với sự hình thành cấu trúc phân cấp. Nghịch lý được giải quyết một khi người ta nhận ra rằng vật chất tối phát triển theo thứ bậc, nhưng vật chất thông thường không có giá trị. Vật chất bình thường tạo nên các thiên hà có thể nhìn thấy và các lỗ đen siêu lớn sụp đổ hiệu quả hơn, và điều này cũng đúng khi vũ trụ còn rất trẻ, tạo ra sự hình thành chống phân cấp của các thiên hà và lỗ đen.
Vì vậy, điều đó có nghĩa là các thiên hà lớn và các lỗ đen siêu lớn kết hợp với nhau nhanh chóng và các bit nhỏ hơn như thiên hà Milky Way của chúng ta - và lỗ đen tương đối nhỏ ở trung tâm của nó - hình thành chậm hơn. Các thiên hà hình thành nên những lỗ đen siêu lớn đầu tiên vẫn còn ở xung quanh, Kazantzidis nói.
Các mô phỏng mới được thực hiện trên các siêu máy tính có thể phân giải các tính năng nhỏ hơn 100 lần và tiết lộ chi tiết trong trung tâm của các thiên hà được hợp nhất ở quy mô dưới một năm ánh sáng.
Bởi vì điều này, các nhà thiên văn học đã có thể nhìn thấy hai điều: Thứ nhất, khí và bụi ở trung tâm các thiên hà ngưng tụ để tạo thành một đĩa hạt nhân chặt chẽ. Sau đó, đĩa trở nên không ổn định, và khí và bụi lại co lại, tạo thành một đám mây dày đặc hơn nữa cuối cùng sinh ra một lỗ đen siêu lớn.
Những tác động đối với vũ trụ học là rất sâu rộng, Kazantzidis nói.
Ví dụ, ý tưởng tiêu chuẩn - rằng một thuộc tính của thiên hà và khối lượng của lỗ đen trung tâm của nó có liên quan vì cả hai phát triển song song - sẽ phải được sửa đổi. Trong mô hình của chúng tôi, lỗ đen phát triển nhanh hơn nhiều so với thiên hà. Vì vậy, nó có thể là lỗ đen hoàn toàn không được điều chỉnh bởi sự tăng trưởng của thiên hà. Có thể là thiên hà được điều chỉnh bởi sự phát triển của lỗ đen.
Mô hình mới này cũng có thể giúp các nhà thiên văn học đang tìm kiếm bầu trời để tìm bằng chứng trực tiếp về thuyết tương đối rộng Einstein Einstein: sóng hấp dẫn.
Theo thuyết tương đối rộng, bất kỳ sự hợp nhất thiên hà cổ đại nào cũng sẽ tạo ra những sóng hấp dẫn khổng lồ - những gợn sóng trong sự liên tục trong không gian - những tàn dư vẫn còn tồn tại đến ngày nay.
Các máy dò sóng hấp dẫn mới, chẳng hạn như ăng-ten không gian giao thoa kế laser của NASA, được thiết kế để phát hiện trực tiếp các sóng này và mở một cửa sổ mới thành các hiện tượng vật lý và vật lý không thể nghiên cứu theo những cách khác.
Các nhà khoa học sẽ cần biết các lỗ đen siêu lớn hình thành trong vũ trụ sơ khai như thế nào và chúng được phân phối trong không gian ngày nay như thế nào để diễn giải kết quả của những thí nghiệm đó. Các mô phỏng máy tính mới sẽ cung cấp một đầu mối.
Xem liên kết này để xem video về các mô hình va chạm thiên hà.
Nguồn: Đại học bang Ohio
