te verkennen
Het beeld uit de DCBH-simulatie toont de dichtheid (links) en temperatuur (rechts) van een vroeg melkwegstelsel. Supernovae schokgolven kunnen zichtbaar worden vanuit het centrum, waardoor de melkweg vernietigd en verwarmd wordt.
Zwarte gaten worden gevormd tijdens het sterfproces van een ster, waardoor materie in een extreem dicht object kan rollen, waaruit zelfs het licht niet kan ontsnappen. Wetenschappers geloven dat massieve zwarte gaten kunnen worden gecreëerd bij de geboorte van een melkwegstelsel, maar niemand heeft in het verre verleden kunnen kijken naar de omstandigheden voor direct inklapbare zwarte gaten (DCBH).
De James Webb-ruimtetelescoop, gepland voor lancering in 2021, krijgt de gelegenheid om in het vroege heelal te kijken naar een melkweg met een ontluikend massief zwart gat. Nu hebben we een simulatie gemaakt door onderzoekers van het Georgia Institute of Technology. Het laat zien waarnaar te zoeken in toekomstige DCBH-reviews.
De eerste dergelijke simulatie gaat ervan uit dat de vorming van dergelijke zwarte gaten gepaard zal gaan met speciale soorten intense straling, inclusief röntgenstralen en UV-stralen, die naar het IR-licht verschuiven bij het naderen van de telescoop. Het was ook verrassend dat zwarte gaten gigantische sterren konden creëren die vrij waren van metalen. In het centrum van veel grote sterrenstelsels bevinden zich superzware zwarte gaten, waarvan het proces van vorming en groei niet kon worden waargenomen. Daarom is een aanname ontstaan dat ze bij galactische geboorte hadden kunnen verschijnen. Dan zou de vorming van DCBH geïnitieerd worden door de ineenstorting van een grote gaswolk gedurende de vroege schepping van de melkweg. Maar het is belangrijk om te begrijpen waarnaar in de spectra precies moet worden gezocht met behulp van de toekomstige telescoop.
Het creëren van een zwart gat kan een miljoen jaar duren. De supercomputer met stampede liet toe een simulatie uit te voeren die zich richtte op de effecten van DCBH-formatie. Modellering was gebaseerd op de eerste fysische principes, zoals zwaartekracht, straling en hydrodynamica.
Een gesimuleerd beeld met UV-straling laat zien hoe verwarmd gas in een centraal zwart gat spint
Als er eerst een sterrenstelsel wordt gevormd en dan een zwart gat in het midden, dan moet er een soort handtekening verschijnen. Maar wat als het zwarte gat als eerste komt? Wetenschappers wilden weten of ze andere fysieke verschillen zouden verwachten. De simulatie heeft informatie over dichtheid en temperatuur afgeleid om te voorspellen wat de telescoop precies zal zien.
Zwarte gaten spenderen ongeveer een miljoen jaar aan vormen. In de DCBH-simulatie omvat de eerste stap het instorten van gas in een superzware ster (100.000 keer massiever dan de zon). De ster ondergaat dan gravitationele instabiliteit en stort in zichzelf, waardoor een massief zwart gat ontstaat. Zwart gat straling triggert stervorming over een periode van 500.000 jaar. Sterren van de eerste generatie lijken massiever te zijn, omdat ze veel minder leven. In de eerste 5-6 miljoen jaar exploderen ze als supernovae. Daarna kalmeert het zwarte gat, wat leidt tot een confrontatie tussen de EM-stralen en zijn eigen zwaartekracht. Deze cycli beslaan nog eens 20-30 miljoen jaar.
Zwarte gaten komen vaak voor in de ruimte, dus wetenschappers hopen dat je met een voldoende aantal afbeeldingen een van deze soorten kunt vangen. Het zal dus mogelijk zijn om dieper te begrijpen in het proces van galactische evolutie.
Onderzoekers waren verrast door de vorming van sterren rond DCBH, maar achteraf lijkt dit logisch. De gecreëerde ionisatie zal leiden tot fotochemische reacties die stellaire geboorte kunnen veroorzaken. Dit is een van de grote universele raadsels, dus de onderzoekers hopen dat hun werk zal leiden tot langverwachte antwoorden.
