何が彼らの非常に急速な成長を可能にする初期のブラックホールを与えましたか？カーネギーメロン大学の研究者がスーパーコンピュータシミュレーションとGigaPan Time Machineテクノロジーの組み合わせを使用して行った新しい発見は、宇宙の「ファーストフード」（冷たいガスの薄い流れ）の食事が最初のブラックホールの中心に制御不能に流れ込み、それらは「超大型」であり、宇宙の何よりも速く成長します。
私たちの宇宙が若い頃、ビッグバンから10億年も経っていなかった頃、銀河は形成と成長を始めたばかりでした。以前の理論によると、当時のブラックホールは同じくらい小さいはずでした。スローンデジタルスカイサーベイのデータは、それとは反対の証拠を示しています。超大型ブラックホールは、ビッグバンから7億年前に存在していました。
「スローンデジタルスカイサーベイは、10億年未満の超大質量ブラックホールを発見しました。それらは、今日の最も巨大なブラックホールと同じサイズで、136億年前のものです」と物理学の准教授（カーネギーメロン大学）のティジアナディマッテオは言った。 「それはパズルでした。他の人が同じ質量に到達するのに宇宙の全年齢がかかるのに、なぜいくつかのブラックホールがこんなに早く形成されるのですか？」
超大質量ブラックホールは、存在する最大のブラックホールであり、太陽の何十億倍もの質量を量ります。ほとんどの「通常の」ブラックホールは、太陽の約30倍の大きさです。超大質量ブラックホールの形成のために現在受け入れられているメカニズムは、銀河の合併によるものです。この理論と、それが初期の超大質量ブラックホールにどのように適用されるかに関する問題の1つは、初期の宇宙では銀河が多くなく、銀河同士が遠すぎて結合できないことです。
物理学の准教授であるルパートクロフト（カーネギーメロン大学）は、次のように述べています。「銀河とブラックホールがどのように形成されるかについての方程式を書けば、これらの巨大な質量がそれを早期に形成する可能性はありそうにありませんが、空とあります。」
初期の超大質量ブラックホールを形成したプロセスを理解するために、ディマッテオ、クロフト、およびカンダイは、これまでで最大の宇宙シミュレーションであるMassiveBlackを作成しました。 MassiveBlackの目的は、宇宙の最初の10億年を正確にシミュレートすることです。ディマッテオ氏はマッシブブラックについて次のように述べています。「このシミュレーションは本当に巨大です。物理学のレベルと実際のボリュームの面で最大です。それは、最初のブラックホールなど、宇宙の珍しいものを見ることに興味があったためです。それらは非常にまれであるため、大量のスペースを検索する必要があります。」
クロフトとチームは、現代物理学の理論と法則に基づいた宇宙論の既知のモデルを使用してシミュレーションを開始しました。 「私たちはクレイジーなものは何も入れませんでした。魔法の物理学や余分なものはありません。それは、後の宇宙のシミュレーションで銀河を形成する物理と同じです」とクロフトは言いました。 「しかし、魔法のように、これらの初期のクエーサーは、観察されたように、現れます。彼らが現れることを知りませんでした。彼らの質量を測定して、「うわー！これらは正確なサイズであり、適切な時点で正確に表示されます。」これは、現代の宇宙論のサクセスストーリーです。」
MassiveBlackのデータがGigaPan Time Machineプロジェクトに追加されました。 MassiveBlackデータをGigaPan Time Machineプロジェクトと組み合わせると、研究者はシミュレーションを映画のように見ることができ、シミュレーションされた宇宙を形成しながら簡単にパンできます。チームは興味深いと思われるイベントに気づいたときに、ズームインして、地上または宇宙ベースの望遠鏡を使用して私たち自身の宇宙で見ることができるものよりも詳細にイベントを表示することができました。
チームが最初の超大質量ブラックホールの生成にズームインしたとき、彼らは予期しない何かを見ました。通常の観測では、冷たいガスがブラックホールに向かって流れると、近くにある他のガス分子との衝突により加熱され、その後ブラックホールに入る前に冷えます。 「衝撃加熱」として知られているこのプロセスは、初期のブラックホールが観測された大衆に到達するのを阻止しているはずです。代わりに、チームは、宇宙の構造を明らかにする大規模な調査で見られる「フィラメント」に沿って流れる冷たい高密度ガスの細い流れを観察しました。フィラメントにより、ガスは信じられないほどの速度でブラックホールの中心に直接流れ込み、冷たいファーストフードを提供しました。安定しているが制御されていない消費は、ブラックホールがホスト銀河よりもはるかに速い速度で成長するメカニズムを提供しました。
調査結果はAstrophysical Journal Lettersで公開されます。
詳細については、以下の論文をご覧ください（Physics arXiv経由）：
宇宙シミュレーションのテラピクセルイメージング
z〜6クエーサーをホストする銀河の形成
宇宙論シミュレーションにおける初期のブラックホール
コールドフローと最初のクエーサー
GigapanとMassiveBlackの詳細については、http：//gigapan.org/gigapans/76215/およびhttp://www.psc.edu/science/2011/supermassive/をご覧ください。
出典：カーネギーメロン大学プレスリリース
