宇宙の最初の超大質量ブラックホールはどのように形成されたのですか？銀河とブラックホールの進化の新しいモデルは衝突を示しており、衝突する銀河はおそらく約130億年前に形成されたブラックホールを生成した可能性が高いことを示しています。この発見は、私たちの宇宙の初期の歴史の欠けている章を埋め、次の章を書くのに役立つ可能性があります。科学者は、重力と暗黒物質が私たちが知っている宇宙をどのように形成したかをよりよく理解します。
銀河が以前に考えられていたよりもはるかに早く宇宙の歴史の中で形成されたという最近の発見に続いて、オハイオ州立大学のStelios Kazantzidisと彼のチームは、最初の超大質量ブラックホールが衝突したときにおそらく生まれたことを示す新しいコンピューターシミュレーションを作成しました一緒にマージしました。これはおそらくビッグバン後の最初の数十億年の間に起こりました。
「私たちの結果は、宇宙で構造がどのように形成されるかについての重要な認識に新しいマイルストーンを追加します」とカザンツィディスは言った。
以前は、天文学者は銀河が階層的に進化し、重力が最初に物質の小さな断片を引き寄せ、それらの小さな断片が徐々に集まってより大きな構造を形成すると考えていました。
しかし、新しいモデルはその考えを頭に入れています。
「これらの他の発見とともに、私たちの結果は、宇宙の歴史の中で大きな構造（銀河と巨大なブラックホールの両方）が急速に蓄積することを示しています」と彼は言った。 「驚くべきことに、これは階層構造の形成に反しています。暗黒物質が階層的に成長することを認識すれば、パラドックスは解決しますが、通常の問題は成長しません。目に見える銀河と超大質量ブラックホールを構成する通常の問題はより効率的に崩壊します。これは、宇宙が非常に若いときにも当てはまり、銀河とブラックホールの反階層的形成を引き起こしました。」
つまり、大きな銀河と超大質量のブラックホールがすぐに合体し、私たちの天の川銀河のような小さなビットとその中心にある比較的小さなブラックホールがゆっくりと形成されるということです。カザンツィディス氏によると、これらの最初の超大質量ブラックホールを形成した銀河はまだ残っているという。
スーパーコンピューターで行われた新しいシミュレーションは、100分の1に満たない機能を解決することができ、結合された銀河の中心にある光年未満のスケールで詳細を明らかにしました。
このため、天文学者は2つのことを見ることができました。まず、銀河の中心にあるガスとダストが凝縮して、緊密な核円盤を形成しました。その後、ディスクは不安定になり、ガスとダストは再び収縮して、さらに高密度の雲を形成し、最終的に超大質量のブラックホールを生み出しました。
カザンツィディス氏は、宇宙論への影響は広範囲に及ぶと述べた。
「たとえば、銀河の特性とその中央のブラックホールの質量は、2つが並行して成長するため、関連しているという標準的な考えを修正する必要があります。私たちのモデルでは、ブラックホールは銀河よりもはるかに速く成長します。したがって、ブラックホールは銀河の成長によってまったく規制されていない可能性があります。銀河はブラックホールの成長によって規制されている可能性があります。」
この新しいモデルは、アインシュタインの一般相対性理論である重力波の直接的な証拠を求めて空を探している天文学者にも役立ちます。
一般相対性理論によると、古代の銀河の合併は巨大な重力波を生み出し、時空の連続体に波紋が生じ、その残骸は今日でも見えるはずです。
NASAのレーザー干渉計スペースアンテナなどの新しい重力波検出器は、これらの波を直接検出するように設計されており、他の方法では研究できない天体物理学および物理現象の新しい窓を開きます。
科学者は、これらの実験の結果を解釈するために、初期宇宙でどのように超大質量ブラックホールが形成されたか、そしてそれらが今日宇宙にどのように分布しているかを知る必要があります。新しいコンピューターシミュレーションは手掛かりを提供する必要があります。
銀河衝突のモデルのビデオについては、このリンクを参照してください。
出典：オハイオ州立大学
