"É um milagre cósmico", disse Volker Bromm da Universidade do Texas em Austin, referindo-se ao conjunto preciso de condições atuais de meio bilhão de anos após o Big Bang, que permitiu a emergir desses gigantes. "É a única vez na história do universo quando as condições são apenas para a direita" para eles a se formar.
Os astrónomos descobriram evidências de um tipo incomum de buraco negro nasceu muito cedo no universo. Eles mostraram que uma fonte incomum recentemente descoberta da radiação intensa é provável alimentado por um "buraco negro colapso direto", um tipo de objeto previsto por teóricos mais de uma década atrás.
Esses buracos negros colapso direta pode ser a solução para um enigma de longa data na astronomia: Como é que buracos negros supermassivos formar nas primeiras épocas do universo? Há fortes evidências para a sua existência, como eles são necessários para alimentar os quasares extremamente luminosas detectadas no universo jovem. No entanto, existem vários problemas que devem impedir a sua formação, e o processo de crescimento convencional é demasiado lenta.
Os astrónomos pensam que sabem como buracos negros supermassivos pesando milhões de sóis crescer no coração da maioria das galáxias em nossa época atual.Eles começar a partir de uma "semente" buraco negro, criado quando uma estrela extremamente maciça entra em colapso. Este buraco negro semente tem a massa de cerca de 100 sóis. Ele puxa o gás do seu entorno, tornando-se muito mais maciça, e, eventualmente, pode se fundir com outros buracos negros de sementes. Todo esse processo é chamado de acreção.
A teoria de acreção não explica os buracos negros supermassivos em muito distantes - quasares - e, portanto, mais jovens. Visível para nós, apesar de sua distância de milhares de milhões de anos-luz, o brilho incrível de um quasar vem da espiral matéria em um buraco negro supermassivo, aquecimento a milhões de graus, criando jactos que brilham como faróis em todo o universo.
Estas primeiras galáxias pode ter contido a primeira geração de estrelas criados após o Big Bang. E embora estas estrelas podem entrar em colapso para formar buracos negros, eles não funcionam como sementes quasar início. Não há gás circundante, para o buraco negro para se alimentar. Esse gás tem sido soprado por ventos das estrelas quentes, recém-formados.
"A formação de estrelas é o inimigo de formar buracos negros maciços" no início de galáxias, disse Bromm. "Stars produzir feedback que sopra para longe a nuvem de gás circundante."
Durante décadas, os astrônomos têm chamado este enigma "o problema de sementes quasar." Em 2003, Bromm e Loeb veio com uma ideia teórica para obter uma galáxia cedo para formar um buraco negro supermassivo semente, por suprimir a entrada de energia de outra forma proibitiva de formação de estrelas. Astrônomos mais tarde apelidou esse processo de "colapso direto."
Comece com uma "nuvem primordial de hidrogênio e hélio, inundado em um mar de radiação ultravioleta", disse Bromm. "É triturar esta nuvem no campo gravitacional de um halo de matéria escura. Normalmente, a nuvem seria capaz de arrefecer, e o fragmento para formar estrelas. No entanto, os fotões de ultravioletas manter o gás quente, suprimindo assim qualquer formação de estrela. São os desejados, condições quase milagrosas:! colapso sem fragmentação medida que o gás se torna mais e mais compacto, eventualmente você tem as condições para um buraco negro maciço ".
Este conjunto de condições cósmicas é extremamente sensível ao período de tempo na história do universo - este processo não acontece em galáxias hoje.
"Os quasares observados no início do universo se assemelham bebês gigantes em uma sala de parto cheio de crianças normais", observou Avi Loeb do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica. "Fica-se imaginando: o que é especial sobre o ambiente que alimentou esses bebês gigantes Normalmente o reservatório de gás frio em galáxias próximas, como a Via Láctea é consumido principalmente por formação de estrelas?.
"A teoria foi proposta quando Bromm era meu pós-doutorado (em Harvard) sugeriu que as condições na primeira geração de galáxias eram diferentes", disse ele. "Em vez de fazer muitas estrelas normais, estas galáxias formaram uma única estrela supermassivo no seu centro, que acabou caindo para um buraco negro de sementes. Daí a gás nesses ambientes foi utilizado para alimentar este buraco negro de sementes em vez de fazer muitas estrelas normais."
Bromm e Loeb publicou sua teoria em 2003. "Mas era tudo teórico naquela época", disse Bromm.
Fast forward uma dúzia de anos, e Bromm é agora um professor da Universidade do Texas em Austin, com pós-doutorados e estudantes de pós-graduação de sua autoria. É aí que Aaron Smith entra.
Smith, Bromm, e Loeb tinha se interessado em uma galáxia chamada CR7, identificados a partir de um telescópio espacial Hubble da pesquisa chamado COSMOS (em um papel liderado por Jorryt Matthee da Universidade de Leiden).Hubble espiou CR7 em 1 bilhão de anos após o Big Bang.
David Sobral, da Universidade de Lisboa tinha feito observações de acompanhamento de CR7 com alguns dos maiores telescópios terrestres do mundo, incluindo Keck e do VLT. Estes se descobriram algumas características extremamente incomuns na assinatura de luz vindo de CR7. Especificamente uma determinada linha de hidrogénio no espectro, conhecido como "Lyman-alfa," foi várias vezes mais brilhante do que o esperado. Notavelmente, o espectro também mostrou uma linha de hélio extraordinariamente brilhante.
"Tudo o que está dirigindo esta fonte é muito quente - quente o suficiente para ionizar o hélio", disse Smith. Bromm concordou. "Você precisa que ele seja 100.000 graus Celsius - muito quentes, uma fonte UV muito difícil" para que isso aconteça, disse ele.
Estas e outras características incomuns no espectro, como a ausência de quaisquer linhas detectadas de elementos mais pesados que o hélio (na linguagem astronômica, "metais"), juntamente com a distância da fonte - e, portanto, sua época cósmica - significava que ele poderia quer ser um aglomerado de estrelas primordiais ou um buraco negro supermassivo provavelmente formado pelo colapso direto.
Smith correu simulações para ambos os cenários, utilizando o supercomputador Stampede no Texas Advanced Computing Center da UT Austin.
"Nós desenvolvemos um código de romance", disse Smith, explicando que seu código modelado o sistema de forma diferente do que as simulações anteriores."Os modelos antigos eram como um instantâneo; este é como um filme", explicou.
O tipo de modelagem Smith utilizado é chamado de "hidrodinâmica de radiação", disse Bromm. "É a abordagem mais caro em termos de poder de processamento do computador." O novo código valeu a pena, embora. O cenário aglomerado de estrelas "espetacularmente falhou", disse Smith, enquanto o modelo de buraco negro colapso directo teve um bom desempenho.
Bromm disse o seu trabalho é mais do que compreender o funcionamento interno de uma galáxia cedo.
"Com CR7, tivemos uma observação intrigante. Estamos a tentar explicá-lo, e prever o que observações futuro vai encontrar. Estamos tentando fornecer um quadro teórico abrangente."
Além de Smith, Bromm, eo trabalho de Loeb, a NASA anunciou recentemente a descoberta de dois-colapso direta candidatos adicionais buraco negro com base em observações com o Observatório de Raios-X Chandra. Parece astrônomos estão "convergindo para este modelo," para resolver o problema de sementes quasar, disse Smith.
O tempo está se esgotando para a galáxia NGC 3801, visto na imagem no topo da página, combinando luz de todo o espectro, variando de ultravioleta para rádio.da Nasa Galaxy Evolution Explorer e outros instrumentos têm ajudado a captura da galáxia NGC 3801 no ato de destruir seu combustível frio, gasoso para novas estrelas. Os astrônomos acreditam que esta marca o início de sua transição de uma galáxia espiral vigorosa para uma galáxia elíptica de repouso cuja formação estelar dias são longos passado.
a luz visível do Sloan Digital Sky Survey é visto em amarelo brilhante de todas as estrelas da galáxia. Note-se que NGC 3801 está começando a possuir uma forma geral, elíptica, a forma característica de uma galáxia assume após a formação de uma fusão de galáxias espirais. Alguma formação de estrela ainda está ocorrendo em NGC 3801, como mostrado no ultravioleta pelo Galaxy Evolution Explorer (cor azul), e no disco de poeira revelado em luz infravermelha pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA (vermelho).
Segundo a teoria, que a formação estelar persistente em breve será extinta por ondas de choque de dois poderosos jatos disparam fora do buraco negro gigante central de NGC 3801 do. emissões de rádio a partir desses jatos aparecem nesta imagem em verde. Como um ventilador de folha cósmica, ampliando ondas de choque dos jatos vai detonar o gás de tomada de estrela fresca permanecendo em NGC 3801. A galáxia se tornará "vermelha e morta", como dizem os astrônomos, cheio de velhas estrelas, vermelho e falta de qualquer novos filhotes estelar.
O Galaxy diário via RAS
top Crédito da página: NASA
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