Чорні діри нагрівають Всесвіт

Гамма-промені впливають на формування структур у просторі

Надзвичайно масивна чорна діра, оточена пиловим кільцем (тором). Вплив газу на чорну діру призводить до появи високоенергетичного променя речовини і випромінювання, який може транспортуватися через космологічні відстані. Коли промінь вказує в нашому напрямку, ми говоримо про «блазар». © ESA / NASA, проект AVO та Паоло Падуані
читати вголос

Надзвичайно масивні чорні діри впливають не тільки на їх безпосереднє оточення, як вважалося раніше. Натомість їх високоенергетичне гамма-випромінювання також може нагрівати далекі газові хмари. Зараз це визначили астрофізики. Дивовижна їх реалізація має важливі наслідки для формування структур у Всесвіті.

У центрі кожної галактики надзвичайно масивна чорна діра. Він може випромінювати високоенергетичні гамма-промені і його називають блазаром. "Блазари переписують теплову історію Всесвіту", - говорить Крістоф Пфроммер з Інституту теоретичних досліджень Гейдельберга (HITS), один з авторів. Тому що, згідно з новою теорією, високоенергетичне гамма-випромінювання цих блазарів впливає на навіть віддалені гази в космосі. На відміну від випромінювання з низькою енергією, теорія полягає в тому, що гамма-випромінювання не повинно безперешкодно проходити через космос. Натомість він на шляху перетворюється на електрони та позитрони.

Ці елементарні частинки спочатку рухаються майже зі швидкістю світла, але сповільнюються дифузним газом у Всесвіті. Оскільки кожен процес гальмування генерує тепло, навколишній газ надзвичайно нагрівається. В середньому стає спекотніше в десять разів, а в менш щільних космічних регіонах - навіть у сто разів спекотніше, ніж вважалося раніше. Але як можна перевірити таку ідею?

Подорож у молодь Всесвіту

Модельований лісовий ліс квазарійного спектру. Синій спектр являє собою Всесвіт без Блазархейзена, червоний - Всесвіт з Блазархейзеном. Зрозуміло, що додатковий процес нагрівання іонізує нейтральний водень і, таким чином, поглинає менше ультрафіолетового світла від квазару. © HITS

Вперше астрофізики HITS дослідили цей нещодавно постульований процес нагріву детальними комп'ютерними моделюваннями, які вони порівняли з типовим спостереженням: в оптичних спектрах далеких квазарів видно безліч ліній, так званий лісовий ліс. Це є результатом поглинання ультрафіолетового квазарного світла нейтральними атомами водню на ранніх стадіях еволюції Всесвіту. Якщо газ гарячий, то найбільш слабкі лінії розширюються.

Цей ефект є прекрасним способом вимірювання температури у молодому Всесвіті і, таким чином, спостереження за Всесвітом у молодості. Дивно, але лінії були просто настільки розширені, що вони точно відповідали вимірюваній статистиці ліній в квазарних спектрах. "Це дозволяє нам елегантно вирішити давню проблему з цими квазіданими", - зазначає Евальд Пучвайн, який виконував симуляції на основному комп'ютері в HITS. дисплей

На формування галактик вплинуло

Які ще наслідки цього нового джерела тепла? Лінійний ліс у квазарних спектрах обумовлений коливаннями щільності у Всесвіті. З часом найгустіші коливання руйнуються, утворюючи галактики та скупчення галактик, коли ми спостерігаємо їх навколо себе. Якщо дифузний газ занадто гарячий, він не може руйнуватися і утворення карликових галактик затримується або навіть повністю пригнічується.

Тут ключовим могло бути вирішення ще однієї проблеми в теорії утворення галактик, яка існує вже давно: чому вона стає набагато менше поблизу нашого Чумацького Шляху та в нещільних космічних регіонах? Карликові галактики, що спостерігаються при прогнозуванні космологічних моделювань? Волкер Спрингел, керівник дослідницької групи HITS, пояснює: "Особливо захоплююче в новому процесі блазарного нагріву полягає в тому, що цей ефект може пояснити кілька мотузок у формуванні космологічної структури".

Зараз група планує вдосконалити імітаційні моделі, щоб краще зрозуміти фізичну природу Блазарів та їх наслідки для сучасного Всесвіту. Результати досліджень публікуються у спеціалізованих публікаціях Astrophysical Journal та Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства .

(Інститут теоретичних досліджень Гейдельберга, 16.05.2012 - НВО)