研究者たちは、銀河形成の新しいコンピューターモデルを使用して、ブラックホールの成長が、銀河の進化とブラックホールの成長自体を根本的に調整するエネルギーの爆発を放出することを示しました。そのモデルは初めて観測された現象を説明し、銀河形成の理解と宇宙史全体のブラックホールの役割についての深い洞察を提供することを約束していると、その作成者は述べています。 Natureの2月10日号に掲載されたこの結果は、カーネギーメロン大学の天体物理学者Tiziana Di Matteoとその同僚がドイツのマックスプランクインスティトゥートファーアストロフィジックで作成したものです。ディマッテオの協力者には、マックスプランクインスティチュートフォーアストロフィジックスのフォルカースプリンゲル氏、ハーバード大学のラースハーンキスト氏などがあります。
「近年、科学者たちは今日の銀河の星の総質量が銀河のブラックホールのサイズに直接対応していることを認識し始めていますが、今まで、この観測された関係を説明することはできませんでした」とDiは述べています。カーネギーメロンの物理学の助教授であるマッテオ。 「シミュレーションを使用することで、この問題を調査するまったく新しい方法が得られました。」
研究者にとっての鍵は？ブレークスルーは、銀河形成の計算モデルにブラックホールダイナミクスの計算を組み込んでいました。
初期の宇宙で銀河が形成されたため、銀河は中心に小さなブラックホールを含んでいた可能性があります。銀河形成の標準的なシナリオでは、銀河は重力の引力によって互いにくっつくことによって成長します。その過程で、それらの中心にあるブラックホールは合体し、太陽の10倍の観測質量に達するまで急速に成長します。したがって、それらは超大質量ブラックホールと呼ばれます。また、合併時には、大部分の星は利用可能なガスから形成されます。今日の銀河とその中心的なブラックホールは、そのような一連の出来事の結果であるに違いありません。
ディマッテオと彼女の同僚は、2つの新生銀河の衝突をシミュレートし、2つの銀河が集まると、2つの超大質量ブラックホールが合体し、最初に周囲のガスを消費することを発見しました。しかし、この活動は自己制限的でした。残された銀河の超大質量ブラックホールがガスを吸い上げたとき、それはクエーサーと呼ばれる発光状態に電力を供給しました。クエーサーは周囲のガスにエネルギーを与え、超大質量ブラックホールの近くから銀河の外側に吹き飛ばした。近くのガスがなければ、銀河の超大質量ブラックホールはそれ自体を維持するために「食べる」ことができず、休止状態になりました。同時に、ガスはもはや星を形成するために利用できませんでした。
「クエーサーフェーズ中にブラックホールから放出されるエネルギーが強風に電力を供給し、物質がブラックホールに落ちるのを防ぐことを発見しました。」とSpringel氏は語った。 「このプロセスは、ブラックホールのさらなる成長を抑制し、クエーサーを遮断します。ちょうど、星の形成が銀河の中で停止するのと同じです。その結果、ブラックホールの質量と銀河の星の質量は密接に関連しています。私たちの結果は、クエーサーの寿命が銀河の寿命に比べて非常に短いフェーズである理由を初めて説明しています。」
彼らのシミュレーションで、ディマッテオ、スプリンゲル、ハーンクイストは、小さな銀河のブラックホールが、大きな銀河のブラックホールよりも効果的に成長を制限することを発見しました。小さな銀河には少量のガスが含まれているため、ブラックホールからの少量のエネルギーでこのガスをすばやく吹き飛ばすことができます。大きな銀河では、ブラックホールは、周囲のガスにエネルギーが供給されて落下を停止する前に、より大きなサイズに到達する可能性があります。それらのガスがすぐに消費されるため、小さい銀河はより少ない星になります。ガスの寿命がより長いプールでは、より大きな銀河はより多くの星を作ります。これらの調査結果は、ブラックホールのサイズと銀河の星の総質量との間に観測された関係と一致しています。
「私たちのシミュレーションは、自主規制がブラックホールや銀河に関連する観測された事実を定量的に説明できることを示しています」とハーバード大学の芸術科学部の教授で天文学の委員長であるハーンクイストは述べた。 「クエーサーの寿命の起源の説明を提供し、クエーサーがなぜ初期の宇宙で今日よりも豊富だったのかを理解できるようにするはずです。」
「これらの計算により、ブラックホールは銀河の形成と進化の方法に多大な影響を与えるはずです」とディマッテオ氏は語った。 「これまでに得られた成功により、これらのモデルをより大きなシミュレートされた宇宙に実装できるようになるため、ブラックホールと銀河の大規模な集団が宇宙論の状況で互いにどのように影響するかを理解できます。」
チームはシミュレーションを、ハーバードスミソニアン天体物理学センターとガーヒングのレヒェンツェントラムデアマックスプランクゲゼルシャフトにある並列天体物理計算センターの広範なコンピューティングリソースを使用して実行しました。
元のソース：Max Planck Instituteニュースリリース
