Reklam
Teknoloji Haberleri

Süper Kütleli Bir Kara Delik Nasıl Oluşur?

reklam
Reklam


Kara Delik Çöküş Çizimi

UC Riverside liderliğindeki çalışma, bir karanlık madde halo çöküşü tarafından üretilen bir tohum kara deliğine işaret ediyor.

reklam

Süper kütleli kara delikler veya SMBH’ler, kütleleri güneşimizin kütlesinin birkaç milyon ila milyar katı olan kara deliklerdir. Samanyolu, güneş kütlesinin birkaç milyon katı kütleye sahip bir SMBH’ye ev sahipliği yapıyor. Şaşırtıcı bir şekilde, astrofiziksel gözlemler, evren çok gençken SMBH’lerin zaten var olduğunu gösteriyor. Örneğin, evren şu anki yaşının sadece %6’sı, yani 13,7 milyar yıl iken, bir milyar güneş kütleli kara delik bulunur. Erken evrendeki bu SMBH’ler nasıl ortaya çıkıyor?

Riverside, California Üniversitesi’nde teorik bir fizikçi tarafından yönetilen bir ekip, bir açıklama yaptı: karanlık madde halesinin çöküşünün üretebileceği devasa bir tohum kara delik.

reklam

Karanlık madde halesi, bir galaksiyi veya bir galaksi kümesini çevreleyen görünmez maddenin halesidir. Karanlık madde laboratuvarlarda hiç tespit edilmemiş olsa da, fizikçiler evrenin maddesinin %85’ini oluşturan bu gizemli maddenin var olduğundan eminler. Bir galaksinin görünür maddesi karanlık madde halesine gömülmemiş olsaydı, bu madde uçup giderdi.

Bir Kara Deliğin İlk Görüntüsü

Bilim adamları, Olay Ufku Teleskopu’nu kullanarak, olay ufkunun yakınında güçlü yerçekiminin etkisi altında etrafında dönen sıcak gazın emisyonu ile özetlenen, M87 galaksisinin merkezindeki kara deliğin bir görüntüsünü elde ettiler. Kredi bilgileri: EHT

UC Riverside’da fizik ve astronomi doçenti olan Hai-Bo Yu, “Fizikçiler, karanlık madde halelerinin merkezi bölgelerinde bulunan erken evrendeki SMBH’lerin neden bu kadar kısa sürede bu kadar büyüdüğüne şaşırıyorlar” dedi. ortaya çıkan çalışmaya öncülük etti. Astrofizik Dergi Mektupları. “Mesela 200 pound ağırlığında 5 yaşında bir çocuk gibi. Böyle bir çocuk hepimizi hayrete düşürür çünkü yeni doğmuş bir bebeğin tipik ağırlığını ve bu bebeğin ne kadar hızlı büyüyebileceğini biliyoruz. Kara delikler söz konusu olduğunda, fizikçilerin bir tohum kara deliğinin kütlesi ve büyüme hızı hakkında genel beklentileri vardır. SMBH’lerin varlığı, bu genel beklentilerin ihlal edildiğini ve yeni bilgi gerektirdiğini göstermektedir. Ve bu heyecan verici.”

Bir tohum kara delik, ilk aşamasında bir kara deliktir – bir insanın hayatındaki bebek aşamasına benzer.

Yu, “İki sebep düşünebiliriz” diye ekledi. “Tohum – ya da ‘bebek’ – kara delik ya çok daha büyük ya da düşündüğümüzden çok daha hızlı büyüyor ya da her ikisi. O zaman ortaya çıkan soru, yeterince büyük bir tohum kara deliği üretmek veya yeterince hızlı bir büyüme oranına ulaşmak için fiziksel mekanizmalar nelerdir?”

Hai-Bo Yu

Hai-Bo Yu, UC Riverside’da karanlık maddenin parçacık özelliklerinde uzmanlığa sahip teorik bir fizikçidir. Kredi bilgileri: Samantha Tieu

Chicago Üniversitesi Kavli Kozmolojik Fizik Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı olan ortak yazar Yi-Ming Zhong, “Kara deliklerin çevredeki maddeyi toplayarak kütle kazanması zaman alıyor” dedi. “Makalemiz, eğer karanlık maddenin kendi kendine etkileşimleri varsa, o zaman bir halenin gravitermal çöküşünün, yeterince büyük bir tohum kara deliğine yol açabileceğini gösteriyor. Büyüme oranı genel beklentilerle daha uyumlu olacaktır.”

Astrofizikte, SMBH’leri açıklamak için kullanılan popüler bir mekanizma, erken evrendeki protogalaksilerdeki bozulmamış gazın çöküşüdür.

Yu, “Ancak bu mekanizma, yeni gözlemlenen SMBH’leri barındırmak için yeterince büyük bir tohum kara deliği üretemez – tohum kara deliği son derece hızlı bir büyüme oranı yaşamadıkça” dedi. “Çalışmamız alternatif bir açıklama sunuyor: kendi kendine etkileşen bir karanlık madde halesi, yerçekimi dengesizliği yaşıyor ve merkezi bölgesi çökerek bir tohum kara deliğine dönüşüyor.”

Yu ve meslektaşlarının önerdiği açıklama şu şekilde çalışır:

Karanlık madde parçacıkları önce yerçekiminin etkisi altında bir araya toplanır ve bir karanlık madde halesi oluşturur. Halonun evrimi sırasında, iki rakip kuvvet – yerçekimi ve basınç – çalışır. Yerçekimi karanlık madde parçacıklarını içeri doğru çekerken, basınç onları dışarı doğru iter. Karanlık madde parçacıklarının kendi kendine etkileşimleri yoksa, yerçekimi onları merkezi haleye doğru çekerken daha sıcak hale gelirler, yani daha hızlı hareket ederler, basınç etkili bir şekilde artar ve geri sekerler. Bununla birlikte, kendi kendine etkileşen karanlık madde durumunda, karanlık madde kendi kendine etkileşimleri, ısıyı bu “daha sıcak” parçacıklardan yakındaki daha soğuk olanlara taşıyabilir. Bu, karanlık madde parçacıklarının geri sıçramasını zorlaştırır.

Yu, bir kara deliğe çökecek olan merkezi halenin açısal momentuma sahip olduğunu, yani döndüğünü açıkladı. Kendi kendine etkileşimler, açısal momentumu dağıtan viskoziteyi veya “sürtünmeyi” indükleyebilir. Çökme işlemi sırasında sabit bir kütleye sahip merkezi halo, viskozite nedeniyle yarıçapta küçülür ve dönüşte yavaşlar. Evrim devam ederken, merkezi hale sonunda tekil bir duruma çöker: bir tohum kara deliği. Bu tohum, gaz ve yıldızlar gibi çevredeki baryonik veya görünür maddeleri toplayarak daha büyük büyüyebilir.

Yu, “Senaryomuzun avantajı, bir karanlık madde halesinin çöküşüyle ​​üretildiği için tohum kara deliğinin kütlesinin yüksek olabilmesidir” dedi. “Böylece, nispeten kısa bir zaman ölçeğinde süper kütleli bir kara deliğe dönüşebilir.”

Yeni çalışma, araştırmacıların bu fikrin işe yaraması için baryonların (sıradan atomik ve moleküler parçacıklar) önemini tanımlamaları bakımından yenidir.

Yu’nun yüksek lisans öğrencisi Wei-Xiang Feng, “İlk olarak, gaz ve yıldızlar gibi baryonların varlığının bir halenin yerçekimsel çöküşünün başlangıcını önemli ölçüde hızlandırabileceğini ve bir tohum kara deliğinin yeterince erken oluşturulabileceğini gösteriyoruz” dedi ve kağıt üzerinde bir ortak yazar. “İkincisi, kendi kendine etkileşimlerin, merkezi halenin açısal momentum kalıntısını dağıtan viskoziteyi indükleyebileceğini gösteriyoruz. Üçüncüsü, çöken halenin genel göreli kararsızlığını tetiklemek için koşulu incelemek için bir yöntem geliştiriyoruz; bu, koşul yerine getirilirse bir tohum kara deliğinin oluşabilmesini sağlar.”

Son on yılda Yu, karanlık madde kendi kendine etkileşimleri ve bunların gözlemsel sonuçları hakkında yeni tahminler araştırdı. Onun işi kendi kendine etkileşen karanlık maddenin, galaksilerdeki yıldızların ve gazın gözlemlenen hareketi için iyi bir açıklama sağlayabileceğini göstermiştir.

“Birçok galakside yıldızlar ve gaz, merkez bölgelerine hakimdir” dedi. “Dolayısıyla, bu baryonik maddenin varlığının çöküş sürecini nasıl etkilediğini sormak doğaldır. Çöküşün başlangıcını hızlandıracağını gösteriyoruz. Bu özellik, erken evrendeki süper kütleli kara deliklerin kökenini açıklamak için tam olarak ihtiyacımız olan şeydir. Kendi kendine etkileşimler ayrıca merkezi halenin açısal momentumunu dağıtabilen ve çökme sürecine daha fazla yardımcı olabilen viskoziteye de yol açar.”

Referans: Wei-Xiang Feng, Hai-Bo Yu ve Yi-Ming Zhong, 16 Haziran 2021, “Kendiliğinden Etkileşen Karanlık Madde ile Süper Kütleli Kara Deliklerin Tohumlanması: Baryonlarla Birleşik Bir Senaryo”, Astrofizik Dergi Mektupları.
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / ac04b0

Çalışma ABD Enerji Bakanlığı tarafından finanse edildi; NASA; Kavli Kozmolojik Fizik Enstitüsü; ve John Templeton Vakfı.




scitechdaily.com

Source link

reklam
reklamm

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

reklam
Başa dön tuşu

Reklam Engelleyici Algılandı

Lütfen Reklam Engelleyiciyi Kapatınız