Wie entstanden die ersten supermassiven Schwarzen Löcher des Universums? Ein neues Modell der Entwicklung von Galaxien und Schwarzen Löchern zeigt, dass Kollisionen zeigen, dass kollidierende Galaxien wahrscheinlich Schwarze Löcher hervorgebracht haben, die sich vor etwa 13 Milliarden Jahren gebildet haben. Die Entdeckung füllt ein fehlendes Kapitel der frühen Geschichte unseres Universums aus und könnte dazu beitragen, das nächste Kapitel zu schreiben, in dem Wissenschaftler besser verstehen, wie Schwerkraft und dunkle Materie das Universum so geformt haben, wie wir es kennen.
Nach der jüngsten Entdeckung, dass sich Galaxien viel früher in der Geschichte des Universums gebildet haben als bisher angenommen, erstellten Stelios Kazantzidis von der Ohio State University und sein Team neue Computersimulationen, die zeigen, dass die ersten supermassiven Schwarzen Löcher wahrscheinlich geboren wurden, als diese frühen Galaxien kollidierten und zusammengeführt. Dies geschah wahrscheinlich in den ersten Milliarden Jahren nach dem Urknall.
"Unsere Ergebnisse sind ein neuer Meilenstein für die wichtige Erkenntnis, wie sich Strukturen im Universum bilden", sagte Kazantzidis.
Früher dachten Astronomen, Galaxien hätten sich hierarchisch entwickelt, wobei die Schwerkraft zuerst kleine Materieteile zusammenzog und diese kleinen Teile allmählich zusammen kamen, um größere Strukturen zu bilden.
Aber die neuen Modelle stellen diesen Gedanken auf den Kopf.
"Zusammen mit diesen anderen Entdeckungen zeigt unser Ergebnis, dass sich große Strukturen - sowohl Galaxien als auch massive Schwarze Löcher - in der Geschichte des Universums schnell aufbauen", sagte er. „Erstaunlicherweise widerspricht dies der hierarchischen Strukturbildung. Das Paradoxon ist gelöst, sobald man erkennt, dass dunkle Materie hierarchisch wächst, gewöhnliche Materie jedoch nicht. Die normale Materie, aus der sichtbare Galaxien und supermassive Schwarze Löcher bestehen, kollabiert effizienter, und dies galt auch, als das Universum noch sehr jung war, was zur anti-hierarchischen Bildung von Galaxien und Schwarzen Löchern führte. “
Das bedeutet also, dass große Galaxien und supermassive Schwarze Löcher schnell zusammenkommen und kleinere Teile wie unsere eigene Milchstraße - und das vergleichsweise kleine Schwarze Loch in ihrer Mitte - sich langsamer bilden. Die Galaxien, die diese ersten supermassiven Schwarzen Löcher gebildet haben, gibt es immer noch, sagte Kazantzidis.
Die neuen Simulationen, die auf Supercomputern durchgeführt wurden, konnten Merkmale auflösen, die 100-mal kleiner waren, und enthüllten Details im Herzen der zusammengeführten Galaxien auf einer Skala von weniger als einem Lichtjahr.
Aus diesem Grund konnten die Astronomen zwei Dinge sehen: Erstens kondensierten Gas und Staub im Zentrum der Galaxien zu einer dichten Kernscheibe. Dann wurde die Scheibe instabil und das Gas und der Staub zogen sich wieder zusammen, um eine noch dichtere Wolke zu bilden, die schließlich ein supermassives Schwarzes Loch hervorbrachte.
Die Implikationen für die Kosmologie sind weitreichend, sagte Kazantzidis.
„Zum Beispiel muss die Standardidee, dass die Eigenschaften einer Galaxie und die Masse ihres zentralen Schwarzen Lochs zusammenhängen, weil beide parallel wachsen, überarbeitet werden. In unserem Modell wächst das Schwarze Loch viel schneller als die Galaxie. Es könnte also sein, dass das Schwarze Loch überhaupt nicht durch das Wachstum der Galaxie reguliert wird. Es könnte sein, dass die Galaxie durch das Wachstum des Schwarzen Lochs reguliert wird. “
Dieses neue Modell könnte auch Astronomen helfen, die den Himmel nach direkten Beweisen für Einsteins allgemeine Relativitätstheorie durchsuchen: Gravitationswellen.
Nach der allgemeinen Relativitätstheorie hätten alle Fusionen alter Galaxien massive Gravitationswellen erzeugt - Wellen im Raum-Zeit-Kontinuum - deren Überreste noch heute sichtbar sein sollten.
Neue Gravitationswellendetektoren wie die Laserinterferometer-Weltraumantenne der NASA wurden entwickelt, um diese Wellen direkt zu erfassen und ein neues Fenster für astrophysikalische und physikalische Phänomene zu öffnen, die auf andere Weise nicht untersucht werden können.
Wissenschaftler müssen wissen, wie sich im frühen Universum supermassive Schwarze Löcher gebildet haben und wie sie heute im Weltraum verteilt sind, um die Ergebnisse dieser Experimente interpretieren zu können. Die neuen Computersimulationen sollten einen Hinweis geben.
Unter diesem Link finden Sie Videos der Modelle von Galaxienkollisionen.
Quelle: Ohio State University
