Auteur: Wangshan Qin Université de Nanjing, l'Université de Californie, Berkeley
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Il y a une galaxie particulière de l'univers, son trou noir central du matériau environnant fou avalé émis une lumière forte, mais parce que la région d'émission de lumière est beaucoup plus petite que les galaxies ordinaires, au premier coup d'il plus semblable à l'étoile, il est appelé " quasars . « Les humains par l'observation et l'analyse, la confirmation de quasars dans l'Univers contenait supermassif trous noirs, et leur qualité a atteint des milliards ou des dizaines même de milliards soleil aussi lourd que la façon dont ces trous noirs dans l'univers était moins d'un milliard d'années se transformer en échelle un énorme, a été un sujet brûlant controversé. a récemment publié dans « science » (science) une nouvelle étude dans la revue, donne un nouvel indice .
trous noirs géants et quasars
Dès 1960, les astronomes ont découvert les soi-disant « quasars », ce qui est beaucoup plus petite que les galaxies, ressemble beaucoup comme une étoile, mais il peut aussi Luminosité plusieurs centaines de fois plus que toute la Voie Lactée. Peu de temps après, il y a des astronomes théoriques expliquent principe de la lumière du quasar: trou noir géant centre galactique aspirer la substance (gaz et poussières), ces matériaux entrent dans un trou noir dans le processus de friction, chauffé, émet une lumière forte , A fait une complainte sur les prairies de l'Afrique sont en train de mourir comme avant mangée par un zèbre de lion.
Figure 1: carte imagination artistique quasars. Gaz et la poussière pour former un anneau autour du centre du trou noir, les pôles sont formés jet. Source: NASA / ESA
Pour l'étude des quasars, des progrès significatifs au cours des dernières années sont: Découvert plusieurs quasars fois anciens . Ces quasars a été formé dans l'âge de l'univers est à seulement 10 milliards d'années de temps, et la lumière intense. Par exemple, en 2015, professeur de l'Université de Pékin Wu Xuebing publié dans "Nature" (Nature) , a annoncé la découverte d'un âge cosmique à seulement 900 millions d'années (redshift 6.3) du quasar SDSS J010013.02 + 280225,8. Vous savez, l'âge actuel de l'univers est d'environ 13,8 milliards d'années, la petite enfance à seulement 900 millions d'années de l'univers. Encore plus surprenant est que Des calculs théoriques montrent que les trous noirs atteignent le centre de ces quasars milliards de soleils, ou même des milliards de soleils tellement . Par exemple, le professeur Wu Xuebing que les quasars trouvés dans la masse du trou noir a atteint 12 milliards de fois la masse du soleil. En revanche, le trou noir au centre de la Voie Lactée est d'environ 4 millions de masses solaires, ne peut être considéré comme un junior.
Figure 2: Vue d'une petite zone à haute résolution près du centre de la galaxie. La partie centrale est agrandie à la partie supérieure droite, qui est le centre du centre galactique croix orange indique la position du trou noir, S2 est une étoile, à tourner autour du centre du trou noir. Les scientifiques à l'aide de l'Observatoire austral européen (ESO) Very Large Telescope (de VLT) a continué observation pendant environ 20 ans et a constaté que l'étoile plus d'étoiles autour d'un centre commun de rotation, selon leur piste, calculer la masse du trou noir du centre galactique est d'environ 4 millions le soleil si lourd. trou noir central de la Voie Lactée doit dormir, car il est assez proche autour de l'endroit n'a pas beaucoup de gaz, il peut manger. En fait, le centre du trou noir quasar après avoir mangé le matériau environnant, ira dormir. Source: ESO / MPE / S Gillessen et al ..
Et bien expliqué les causes du trou noir dans la Voie Lactée, mais pour ceux du début de l'univers, des milliards, voire des milliards de soleils même si lourd trou noir, la question a été soulevée: Comment ces trous noirs sont moins de 10 milliards d'années dans le temps de se développer tant?
problème: Combien de « semence » pour former un trou noir super géant terre assez vite?
À propos de ces sources que les milliards de soleils plus lourds super trou noir géant, il est vue actuellement acceptée: univers très tôt, en raison de matériaux en vrac irrégulière lui-même dans les nuages commencent l'agglomération, formant une étoile énorme . La qualité de ces étoiles sont des milliers de fois plus que le soleil, il est appelé " La première génération d'étoiles . « La première génération d'étoiles seulement 100 millions d'années de vie prendra fin, contraction directe à un trou noir. Le trou noir est connu comme » graine trou noir ".
Les graines peuvent manger autour du trou noir d'une part, d'autre part, ainsi que d'autres trous noirs de graines fusionnent pour devenir plus grand trou noir. En fusionnant avec des centaines de millions d'années d'ingestion, il peut devenir la graine trous noirs des milliards de soleils si lourd trou noir géant.
Cette théorie semble être très naturel, mais doit être validée par des calculs rigoureux et la simulation numérique. En fait, beaucoup de simulation précédente ont des diplômes de difficulté DIFFERENTS RESULTANT expérimentés. Pour pouvoir atteindre des milliards de soleils si lourd, nécessite des trous noirs graines doivent avoir des dizaines de milliers de soleils si lourd en moins de 10 milliards d'années de temps. Cependant, comment former une telle graine de trou noir lourd, il?
Il semble y avoir un plan pour résoudre ce problème, Ce schéma suppose que l'Univers peut être formé 100000 un groupe solaire de gaz lourd effondré directement dans un trou noir . L'inconvénient de cette théorie est: il faut supposer à proximité du groupe tels des gaz a une galaxie brillante, ce qui est pas facile à réaliser. Par conséquent, les trous noirs de graines dans les premiers problèmes de qualité, a été controversée.
De nouvelles idées pour résoudre le problème: « Que les balles volent pendant un certain temps. »
Jusqu'à récemment, le Département d'Astronomie, Université du Texas à Austin et l'Université du Département de physique Hirano de Tokyo et ses collègues dans « Science » (Science) magazine a publié un document . Le papier a annoncé, Nouvelle simulation numérique montre que l'Univers de la façon la plus naturelle, permettant aux graines de toucher plus de 30000 soleil trou noir si lourd, puis par intermittence avalé, passé à 2 milliards de soleil si monstre lourd dans des centaines de millions d'années de temps trou noir géant niveau .
Ils supposent groupes précoce des particules de matière gazeuse de l'univers de plus que la vitesse du son la vitesse relative (environ 40 kilomètres par seconde) dans la matière sombre en mouvement. C'est « particules de gaz » et « matière noire » est deux choses, principalement parce que nous connaissons avec des particules de gaz des atomes d'hydrogène et des molécules d'hydrogène, mais la matière noire ne savons toujours pas ce qu'ils sont en fin de compte, ils savent que qui imprègne l'univers, le contenu environ cinq fois la matière ordinaire que nous connaissons.
Les particules de gaz comme des enfants coquines, professeur de maternelle comme matière noire. particules de gaz à haute vitesse échapper de la matière sombre et forme liée gravitationnel efficace contre le centre de gravité de la matière noire elle-même ne sera pas facilement des groupes liés à vivre ensemble. Notez que les particules de matière noire s'agglomérer, un grand groupe de densité de matière noire au centre, rempli autour de la petite densité de matière sombre.
La simulation numérique Hirano et al a montré que, lorsque l'univers était d'environ 100 millions d'années, des amas de matière sombre dans le centre de gaz de croissance, combinés dans 10 millions de soleil si lourds gros amas de matière sombre (A Fig. 3), la gravité est suffisante pour former un certain mouvement à grande vitesse de liaison du gaz, et de former une distribution de gaz de forme allongée (B sur la. figure 3, panneau C).
Avant la simulation ne considère pas le mouvement à grande vitesse des particules de gaz, la masse résultante des amas de matière sombre de seulement environ 100.000 soleil si lourd. L'important est que cette simulation: mouvement de gaz Supersonic est supposé, de sorte que la matière sombre doit simuler le groupe est beaucoup plus lourd qu'avant, ces gaz peuvent être entravés . En d'autres termes, il est: " Laissez les balles volent pendant un certain temps ".
Figure 3: distribution de la densité de matière sombre de la distribution de densité de substance (B, C, D) après (A) et la forme originale du nuage initiale de l'étoile. Comme on peut le voir sur la figure A, la matière sombre dans le centre du nuage de distribution (en jaune) est formée d'une région centrale à haute densité. La figure B et C représentent la matière noire a un gaz liées ensemble, D représente le gaz interne forment une figure « star primaire. » Figure E à H désignent 7 ans, 11 ans après la formation initiale de l'étoile, l'étoile 24 ans, la taille et la densité du système de gaz après 34 ans, la zone blanche représente différentes nuances de différentes densités, à partir de l'extérieur vers l'intérieur de particules par centimètre cube 1.000.000, 100.000 et 30.000 particules sont des particules. Figure E à H, la région HII composante rouge de plus de 50%, la zone rose représente la teneur en hydrogène moléculaire supérieure à 0,2% de la superficie. Source: Références
gaz condensé produit au cours de Shockwave ces gaz chauffé à environ 10000 ° C, puis refroidi à environ 8000 degrés Celsius, et le gaz a été réduite à une température interne de 100 degrés Celsius, la masse de poids de gaz à l'intérieur des gaz 26.000 soleils (Fig. 3 la figure. D), lorsque le gaz commence à devenir instable, commence la contraction rapide, tandis que le gaz environnant à la grande masse de gaz versant, afin d'augmenter le poids du soleil sur une vitesse augmente progressivement chaque année. Ce processus augmente la température à l'intérieur du gaz à nouveau, et enfin un stade primitif de formation d'étoiles dans le centre du gaz, à savoir, « étoile d'origine ».
Lorsque la qualité des nouvelles protoétoiles est très petit, puis a commencé à manger immédiatement le gaz environnant, seulement 2 ans seront en mesure de faire leur propre atteindre 50 aussi lourd que le Soleil (anciennement le taux de croissance stellaire est beaucoup plus faible que son taux de croissance du gaz périphérique). Au bout de 7 ans (Fig.. La figure 3 E), la lumière ultraviolette solaire énergie émise au voisinage des nuages « fibreux » d'origine de l'hydrogène moléculaire est décomposé en un atome d'hydrogène. Comme de plus en plus intense rayonnement ultraviolet, un atome d'hydrogène est décomposée en ions d'hydrogène et des électrons, de sorte que la direction polaire de l'étoile courte originale est apparu nuage d'hydrogène principalement ionisé (Figure F et G dans. La figure 3, la partie rouge) ; dans le même temps, « fibre » isolé en agglomérats individuels, agglomérats atteignent le centre de l'étoile de l'original (.. FIG FIG 3 H), fait partie de l'étoile originale mangé.
En avalant cette façon, protoétoiles croître à 10.000 soleil si lourd stable « dans les 30 ans après la formation de supergéante étoiles « (Supergéante), le gaz annuel moyen consommé environ 0,04 soleil si lourd. Et puis après environ 100 millions d'années, ce chiffre est passé à 34.000 soleil supergéante si lourd.
la formation du trou noir et la croissance des semences
34000 Sun après une étoile lourde à peu près aussi longtemps que le temps millions d'années, ce sera la fin de vie. En raison de trop de qualité, même si l'explosion interne, ni explosif, il ne fera leur propre effondrement direct dans un trou noir. En conséquence, 34000 soleil si lourd semences trous noirs formés.
semences de sélection trou noir se trouve avant le milieu d'un grand gaz de protostar de groupe, ces gaz peuvent être avalés en continu. Les trous noirs plus lourds les semenciers, manger manger plus vite, plus vite le poids augmente. La simulation numérique subséquente d'une nouvelle étude montrent que: Après environ 650 millions d'années (à cette époque l'âge de l'univers était de 7,5 milliards d'années), les trous noirs de graines peuvent atteindre 2 milliards de soleil si lourd, devenir un super trou noir géant .
Figure 4: Les grands trous noirs (trou géant) de simulation par ordinateur de la Fig. trou noir à proximité d'une surface aussi grande de la lumière ne peut pas échapper, formant ainsi une région de cavité noire. Étoile des degrés divers est tordu autour de son fort champ gravitationnel. Source:
NASA, ESA, et D. Coe, J. Anderson et R. van der Marel (STScI)
Avant la simulation, bien que cela pourrait générer des dizaines de milliers à des centaines de milliers de soleil une graine lourde trou noir, mais utilise des hypothèses plus spécifiques. Ce nouveau travail pour éliminer ces hypothèses particulières, en supposant que seulement un mouvement à grande vitesse de particules de gaz, des amas de matière sombre doit faire avant de pouvoir permettre au gaz de former une protoétoile à très grande (que les valeurs précédemment simulées 100 fois), puis laisser le protostar depuis le début avalé par le gaz environnant pour devenir un soleil 34000 si étoiles lourd, puis se contracter dans un trou noir au même poids de semences. L'étude de la façon de résoudre le « trou noir pour former une assez grande graine » Cette question offre une nouvelle façon de penser.
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Composition: Hillview
références:
Hirano, Shingo; Hosokawa, Takashi; Yoshida, Naoki ;. Kuiper, Rolf 2017, Science, 357, 1375
Wu, Xue-Bing, Wang, Feige, ventilateur, Xiaohui, et al 2015, Natur, 518, 512.
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