Selle kunstniku kontseptsioon näitab kõige kaugemat kvaasari ja kõige kaugemat supermassiivset musta auku, mis seda toidab. Punase nihkega 7,54 vastab ULAS J1342 + 0928 umbes 29 miljardi valgusaasta kaugusele; see on kõige kaugem kvaasar / supermassiivne must auk, mis eales avastatud. Selle valgus saabub meie silmadesse täna raadiospektri osas, kuna see kiirgas just 690 miljonit aastat pärast Suurt Pauku. (ROBIN DIENEL / CARNEGIE INSTITUTSIOON TEADUSEKS)

Mis tunne oli siis, kui moodustati esimesed ülimaitsvad mustad augud?

Need kosmilised behemotid olid väga varajastest aegadest tohutud. Nii nad sündisid.

Üks tänapäevase astrofüüsika suurimaid väljakutseid on kirjeldada, kuidas Universum läks ühtsest kohast ilma planeetide, tähtede või galaktikateta rikka, struktureeritud ja mitmekesise kosmose juurde, mida me täna näeme. Kui näeme, siis kui universum oli vaid mõnesaja miljoni aasta vanune, leiame hulgaliselt põnevaid esemeid. Tähti ja täheparve on arvukalt; Võib-olla miljard tähega galaktikad süttivad Universumi; isegi väga suurte mustade aukudega kvaasarid, mis olid moodustatud enne, kui Universum oli isegi miljard aastat vana.

Kuid kuidas tegi Universum nii lühikese aja jooksul nii ülimassiivsed mustad augud? Pärast aastakümneid vastuolulisi lugusid arvavad teadlased lõpuks, et teame, mis juhtus.

Kunstniku ettekujutus sellest, milline võib universum välja näha, kuna see moodustab esmakordselt tähti. Tähed võivad ulatuda sadade või isegi tuhande päikeseenergia massini ning see võib viia suhteliselt kiire musta augu moodustumiseni massis, mis teadaolevalt kõige varasematel kvasaritel on (NASA / JPL-CALTECH / R. HURT (SSC))

Vaid 50–100 miljonit aastat pärast Suurt Pauku hakkasid moodustuma kõigi esimesed tähed. Massiivsed gaasipilved hakkasid varisema, kuid kuna need koosnesid ainult vesinikust ja heeliumist, näevad nad vaeva soojuse kiirgamise ja energia hajutamise eest. Selle tulemusel peavad need gravitatsiooniliselt moodustuvad ja kasvavad tükid saama palju massiivsemaks kui tänapäeval tähte moodustavad tükid ja sellel on mõju, millised tähed moodustuvad.

Kui tänapäeval moodustavad tavaliselt tähed, mille mass on umbes 40% Päikese massist, siis esimesed tähed olid keskmiselt umbes 25 korda massiivsemad. Kuna kokkuvarisemine peab jahtuma, on tähtede moodustamiseks ainult suurimad, kõige massiivsemad klombid, mis varakult moodustuvad. Keskmine “esimene täht” võib olla kümme korda massiivsem kui meie Päike, paljude üksikute tähtede ulatus sadade või isegi tuhande päikese massini.

(Moodne) Morgan-Keenani spektraalklassifikatsioonisüsteem, mille kohal iga täheklassi temperatuurivahemik on kelvinites. Valdav enamus tähti on tänapäeval M-klassi tähed, ainult 25 teadaoleva O- või B-klassi tähe vahel on 25 parselit. Meie päike on G-klassi täht. Varases universumis olid peaaegu kõik tähed aga O- või B-klassi tähed, keskmise massiga keskmiselt 25 korda suurem kui tänapäeval. (WIKIMEDIA ÜHINE KASUTAJA LUCASVB, E. SIEGELI LISANDID)

Enamik neist tähtedest lõpetab oma elu supernoovas, mis viib kas neutronitähe või väikese, väikese massiga musta auku. Kuid ilma raskete elementideta jõuavad kõige massiivsemad tähed oma tuumades nii kõrgele temperatuurile, et footonid, üksikud valguse osakesed, võivad muutuda nii energiliseks, et nad hakkavad spontaanselt ainet ja antimaterjalipaare tootma ainult puhtast energiast.

Võib-olla olete kuulnud Einsteini E = mc²-st ja see on võib-olla selle kõige võimsam rakendus: puhas energiavorm, nagu footonid, võib luua massiivseid osakesi, kuni on järgitud loodust reguleerivaid põhilisi kvantreegleid. Lihtsaim viis mateeria ja antimaterjali tekitamiseks on see, kui footonid tekitavad elektronide / positronite paari, mis juhtub iseseisvalt, kui temperatuurid on piisavalt kõrged.

See diagramm illustreerib paari tootmisprotsessi, mis astronoomide arvates käivitas hüpernova sündmuse, mida tuntakse SN 2006gy nime all. Piisavalt kõrge energiaga footonite tekkimisel loovad nad elektronide / positronite paarid, põhjustades rõhu languse ja tähe hävitava reaktsiooni. Hüpernova maksimaalne heledus on mitu korda suurem kui ühegi teise, normaalse supernoova valguses. (NASA / CXC / M. WEISS)

Nendes ülimassiivsetes tähtedes, nagu kõigis tähtedes, üritab gravitatsioon tõmmata kogu see aine keskpunkti poole. Kuid footonid ja kogu nende tähtede tuumades tekkiv kiirgus tõukavad tagasi ja hoiavad tähe üles, hoides ära selle kokkuvarisemise.

Kui hakkate neist footonitest tootma elektron-positronpaare, kaotate osa sellest kiirgusrõhust. Te kahandate oma tähe võimet hoida ennast gravitatsioonilise kokkuvarisemise vastu. Ja kuigi on tõsi, et on olemas mõned kitsad massvahemikud, mille tagajärjel täht ennast täielikult hävitab, põhjustab suur osa juhtudest kogu tähe varisemist otse kokku, moodustades musta augu.

Supernoova tüübid sõltuvalt heeliumist raskemate elementide algmassist ja algsisaldusest (metallilisus). Pange tähele, et esimesed tähed hõivavad diagrammi alumise rea, olles metallivabad, ja et mustad alad vastavad otsesele varisevatele mustadele aukudele. (FULVIO314 / WIKIMEDIA COMMONS)

See on tähelepanuväärne samm! See tähendab, et kõige massiivsemad tähed, millel on sadu või isegi tuhat päikesemassi, võivad moodustuda, kui Universum on kõigest 100 miljonit aastat vana: vähem kui 1% praegusest vanusest. Need tähed põlevad tuumakütuse kaudu kõige kiiremini, 1 või 2 miljoni aasta pärast. Ja siis muutuvad nende tuumad nii kuumaks, et nad hakkavad footoneid muutma osakesteks ja antiosakesteks, mille tõttu täht variseb ja kuumeneb veelgi kiiremini.

Kui olete teatud läve ületanud, on kõik, mida saate teha, kokku variseda. Ja see pole ka ainult teooria; oleme tegelikult näinud, kuidas tähed varisevad otse ilma supernoovata, viies otse sinna, mis võib olla ainult must auk.

Hubble'i nähtavad / IR-lähedal olevad fotod näitavad massiivset tähte, mis on umbes 25-kordne Päikese mass, mis on ära eksinud, ilma supernoova või muu seletuseta. Otsene kokkuvarisemine on kandidaadi ainus mõistlik seletus. (NASA / ESA / C. KOCHANEK (OSU))

Kuid see on alles algus. Kui teil on suur massiivsete objektide klaster, mis tegutseb peamiselt raskusjõu mõjul, löövad need interaktsioonid ümber erinevad objektid. Kõige vähem väljastatakse kõige vähem massiivseid esemeid, kõige raskem on aga kõige massiivsemaid esemeid. Kui need tähed, gaasipilved, klombid ja mustad augud ümberringi tantsivad, läbivad nad nn massilise segregatsiooni: kõige raskemad objektid langevad gravitatsioonikeskusesse, kus nad suhtlevad ja võivad isegi sulanduda.

Järsku saab mõnesaja või mõne tuhande päikesemassiga paarsada musta augu asemel likvideerida ühe musta auguga, mille mass on umbes 100 000 või isegi rohkem.

Kataklüsmilised sündmused toimuvad kogu galaktikas ja kogu universumis, alates supernoovadest kuni aktiivsete mustade aukudeni kuni neutrontähtede liitmiseni ja palju muud. Paljud mustad augud moodustavas kobaras või kobaras tõmbavad nad gravitatsiooniliselt teisi väiksemaid objekte ligi ja väljutavad neid, viies läbi ulatuslike ühinemiste ja kasvades suure, keskse musta augu. (J. WISE / GRUUSIA TEHNIKAINSTITUUT JA J. REGAN / DUBLINI LINNADE ÜLIKOOL)

Ehkki selleks võib gravitatsiooniliselt kuluda kümneid miljoneid aastaid, on see mõeldud ainult ühe täheparve jaoks! Universum moodustab juba alates selle varasemast staadiumist kõik täheparved ja kõik need tähetükid hakkavad üksteist gravitatsiooniliselt meelitama. Aja jooksul mõjutavad need erinevad täheparved üksteist ja gravitatsioon viib nad kokku.

Selleks ajaks, kui universum pole enam kui 250 miljonit aastat vana, on nad hakanud massiliselt sulanduma, mis viib esimeste proto-galaktikate juurde. Gravitatsioon on jõud, mis soosib üledoosi ja aja möödudes võib kümneid, sadu ja isegi tuhandeid neid algseid, varaseid kobaraid kokku tulla, et kasvada suuremateks ja suuremateks galaktikateks. Kosmiline veeb paneb struktuurid sulanduma üha suuremateks.

Suuremõõtmeline projektsioon läbi Illustrise mahu kiirusel z = 0, keskendudes kõige massiivsemale klastrile, sügavus 15 Mpc / h. Näitab tumeda aine tihedust (vasakul) üleminekul gaasi tihedusele (paremal). Universumi laiaulatuslikku ülesehitust ei saa seletada ilma tumeaineta. Universumis oleva komplekti täielik komplekt dikteerib, et struktuur moodustub kõigepealt väikestes skaalades, viies lõpuks järjest suuremateks. (ILLUSTRISI KOOSTÖÖ / ILLUSTRISe simulatsioon)

See võib meid hõlpsalt viia massidesse, mis on kümneid miljoneid päikesemasse, kui jõuame esimestesse galaktikatesse, kuid juhtub ka midagi muud. Keskele ülitähtsate aukude ehitamiseks ei liitu ainult mustad augud; iga asi, mis nendesse langeb! Need varased galaktikad on kompaktsed objektid ja on täis tähti, gaasi, tolmu, täheparve, planeete ja palju muud. Kui miski jõuab mustale augule liiga lähedale, on oht seda õgida.

Pidage meeles, et gravitatsioon on põgenenud jõud: mida rohkem teil on massi, seda rohkem teid meelitab. Ja kui miski läheb mustale augule liiga lähedale, venitatakse ja kuumeneb see, kus see muutub musta augu akneketta jaoks. Osa sellest asjast kuumeneb ja kiireneb, kus see võib eraldada kvaasijoad. Kuid ka osa sellest kukub sisse, põhjustades musta augu massi veelgi suurenemist.

Kui mustad augud toituvad ainest, loovad nad akrüülketta ja sellega risti asetseva bipolaarse joa. Kui supermassiivse musta augu juga osutab meile, kutsume seda kas BL Lacertae objektiks või bleariks. Nüüd arvatakse, et see on nii kosmiliste kiirte kui ka suure energiatarbega neutriinode peamine allikas. (NASA / JPL)

Kui leiduks üks sõnavara, mida astrofüüsikud, kes uurivad objekti kasvu gravitatsiooni kaudu, sooviksid, et üldsus teaks, siis oleks see selline veidrik: mittelineaarne. Kui teil on ruumi piirkond, mis on keskmisest tihedam, meelitab see eelistatult ainet. Kui see on vaid mõni protsent keskmisest tihedam, on gravitatsiooniline külgetõmbejõud keskmiselt paar protsenti efektiivsem. Kahekordistage summa, mille võrra olete ülepaisutatud, ja kahekordistate summa, mille võrra olete kraami meelitamisel tõhusam.

Kuid kui jõuate teatud künniseni, mis on umbes kahekordne keskmine, muutute teiste asjade meelitamisel palju enam kui kaks korda efektiivsemaks. Kui hakkate gravitatsioonisõda „võitma”, võidate aja möödudes üha raskemaks. Kõige massiivsemad piirkonnad kasvavad seetõttu mitte ainult kõige kiiremini, vaid söövad kõike enda ümber. Selleks ajaks, kui pool miljardit aastat möödub, võite olla tohutu.

Kaugemat galaktikat MACS1149-JD1 hajutatakse esiplaanil asuva klastri abil gravitatsiooniliselt, võimaldades seda suure eraldusvõimega ja mitmete instrumentidega pildistada, isegi ilma järgmise põlvkonna tehnoloogiata (ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), NASA / ESA HUBBLE SPACE TELESCOPE) , W. ZHENG (JHU), M. POSTMAN (STSCI), CLASH TEAM, HASHIMOTO ET AL.)

Varasemad galaktikad ja kvaasarid, mida me kunagi oleme leidnud, on eredaimate ja massiivsete seas, mida me eeldame eksisteerivat. Nad on varajase universumi gravitatsiooniliste sõdade suured võitjad: ülim kosmiline üledoos. Selleks ajaks, kui meie teleskoobid neid avastavad, 400–700 miljonit aastat pärast suurt pauku (kõige varasem kvaasar pärineb 690 miljonist aastast), on neil juba miljardeid tähti ja sadade miljonite päikesemasside ülitähtsad mustad augud.

Kuid see pole kosmiline katastroof; see on tükk tõendusmaterjali, mis näitab meie universumis põgenevat gravitatsioonijõudu. Esimese põlvkonna tähtede ja nende poolt toodetud suhteliselt suurte mustade aukude poolt ühendatud objektid ühinevad ja kasvavad klastris ning kasvavad veelgi suuremaks, kui klastrid ühinevad, moodustades galaktikad ja galaktikad ühinevad, moodustades suuremad galaktikad. Tänaseks on meil mustad augud kümneid miljardeid sama massiivsed kui Päikesel. Kuid isegi kõige varasemates staadiumides on miljard päikesemassiga mustad augud käeulatuses. Kosmilise loori koorimisel loodame õppida täpselt, kuidas nad suureks kasvavad.

Lisateave selle kohta, milline oli universum siis, kui:

  • Mis tunne oli, kui universum oli täis?
  • Mis tunne see oli, kui Suur Pauk alguse sai?
  • Mis tunne oli, kui universum oli kõige kuumem?
  • Mis tunne oli siis, kui universum lõi kõigepealt rohkem ainet kui antimaterjali?
  • Mis tunne oli, kui Higgs andis massi Universumile?
  • Mis tunne oli, kui me esimest korda prootoneid ja neutroneid tegime?
  • Mis tunne oli, kui kaotasime viimase oma antimaterjali?
  • Mis tunne oli, kui universum tegi oma esimesed elemendid?
  • Mis tunne oli, kui universum tegi esimest korda aatomeid?
  • Mis tunne oli, kui universumis polnud tähti?
  • Mis tunne oli, kui esimesed tähed hakkasid universumit valgustama?
  • Mis tunne oli, kui esimesed tähed surid?
  • Mis tunne oli, kui Universum tegi oma teise tähepõlvkonna?
  • Mis tunne oli, kui universum tegi päris esimesed galaktikad?
  • Mis tunne oli, kui tähevalgus murdis esmakordselt läbi Universumi neutraalsed aatomid?

Starts With A Bang on nüüd Forbesil ja tänu meie Patreoni toetajatele uuesti keskkonnas avaldatud. Ethan on kirjutanud kaks raamatut "Beyond The Galaxy" ja "Treknology: The Star of Treki teadus Tricordersist Warp Drive'i".