_ Raze X combinate Sondajele și simulările cu supercomputer urmăresc 12 miliarde de ani de creștere a găurilor negre cosmice

Combinând observațiile cu raze X de vârf cu simulări de ultimă generație pe supercomputer ale formării galaxiilor de-a lungul istoriei cosmice, cercetătorii au oferit cea mai bună modelare până în prezent a creșterii găurilor negre supermasive găsite în centrele galaxiilor. Folosind această abordare hibridă, o echipă de cercetare condusă de astronomii Penn State a obținut o imagine completă a creșterii găurilor negre pe parcursul a 12 miliarde de ani, de la începutul universului, la aproximativ 1,8 miliarde de ani, până în prezent, la 13,8 miliarde de ani.

Două lucrări cuprind cercetarea, una publicată în The Astrophysical Journal și una încă nepublicată, care va fi trimisă aceleiași reviste. Rezultatele vor fi prezentate la cea de-a 244-a reuniune a Societății Americane de Astronomie, care a avut loc între 9 și 13 iunie la Centrul de Convenții Monona Terrace din Madison, Wisconsin.

„Găurile negre supermasive din centrele galaxiilor au milioane de până la - de miliarde de ori masa soarelui”, a spus Fan Zou, un student absolvent la Penn State și primul autor al lucrărilor. „Cum devin astfel de monștri? Aceasta este o întrebare pe care astronomii au studiat-o de zeci de ani, dar a fost dificil de urmărit toate modurile în care găurile negre pot crește în mod fiabil.”

Găurile negre supermasive cresc printr-un combinație a două canale principale. Ei consumă gaz rece din galaxia lor gazdă – un proces numit acreție – și se pot îmbina cu alte găuri negre supermasive atunci când galaxiile se ciocnesc.

„În timpul procesului de consum de gaz din galaxiile lor gazdă, găurile negre radiază puternic. Raze X, iar aceasta este cheia urmăririi creșterii lor prin acumulare”, a spus W. Niel Brandt, profesor de astronomie și astrofizică al familiei Eberly și profesor de fizică la Penn State și lider al echipei de cercetare. „Am măsurat creșterea determinată de acumulare folosind datele de sondaj cu raze X acumulate de-a lungul a peste 20 de ani de la trei dintre cele mai puternice instalații de raze X lansate vreodată în spațiu.”

Echipa de cercetare a folosit date complementare. de la Observatorul de raze X Chandra al NASA, misiunea cu raze X multi-oglindă a Agenției Spațiale Europene-Newton (XMM-Newton) și telescopul eROSITA al Institutului Max Planck pentru fizică extraterestră. În total, au măsurat creșterea determinată de acumulare într-un eșantion de 1,3 milioane de galaxii care conțineau peste 8.000 de găuri negre cu creștere rapidă.

„Toate galaxiile și găurile negre din eșantionul nostru sunt foarte bine caracterizate la mai multe lungimi de undă, cu măsurători superbe în benzile infraroșu, optice, ultraviolete și de raze X”, a spus Zou. „Acest lucru permite concluzii solide, iar datele arată că, în toate epocile cosmice, galaxiile mai masive și-au crescut găurile negre prin acumulare mai rapid. Cu calitatea datelor, am reușit să cuantificăm acest fenomen important mult mai bine decât în ​​lucrările anterioare. ."

Al doilea mod în care găurile negre supermasive cresc este prin fuziuni, în care două găuri negre supermasive se ciocnesc și se contopesc pentru a forma o singură gaură neagră, și mai masivă. Pentru a urmări creșterea prin fuziuni, echipa a folosit IllustrisTNG, un set de simulări de supercomputer care modelează formarea, evoluția și fuziunea galaxiilor de la scurt timp după Big Bang și până în prezent.

„În abordarea noastră hibridă, combinăm creșterea observată prin acumulare cu creșterea simulată prin fuziuni pentru a reproduce istoria de creștere a găurilor negre supermasive”, a spus Brandt. „Cu această nouă abordare, credem că am produs cea mai realistă imagine a creșterii găurilor negre supermasive până în prezent”.

Cercetătorii au descoperit că, în cele mai multe cazuri, acumularea a dominat creșterea găurilor negre. Fuziunile au avut contribuții secundare notabile, în special în ultimii 5 miliarde de ani de timp cosmic pentru cele mai masive găuri negre. În general, găurile negre supermasive de toate masele au crescut mult mai rapid când universul era mai tânăr. Din această cauză, numărul total de găuri negre supermasive a fost rezolvat cu aproape 7 miliarde de ani în urmă, în timp ce mai devreme în univers au continuat să apară multe noi.

„Prin abordarea noastră, putem urmări modul în care găurile negre centrale. în universul local, cel mai probabil, a crescut în timpul cosmic”, a spus Zou. „De exemplu, am luat în considerare creșterea găurii negre supermasive din centrul galaxiei noastre Calea Lactee, care are o masă de 4 milioane de mase solare. Rezultatele noastre indică faptul că, cel mai probabil, gaura neagră a galaxiei noastre a crescut relativ târziu în timpul cosmic. „

Pe lângă Zou și Brandt, echipa de cercetare include și Zhibo Yu, student absolvent la Penn State; Hyungsuk Tak, profesor asistent de statistică și de astronomie și astrofizică la Penn State; Elena Gallo de la Universitatea din Michigan; Bin Luo la Universitatea Nanjing din China; Qingling Ni la Institutul Max Planck pentru Fizica Extraterestră din Germania; Yongquan Xue de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China; și Guang Yang de la Universitatea din Groningen din Țările de Jos.

(Fluierul)