L'immagine della simulazione DCBH mostra la densità (a sinistra) e la temperatura (a destra) di una prima galassia. Le onde d'urto della supernova possono essere viste espandersi dal centro, motivo per cui la galassia collassa e si riscalda.
I buchi neri si formano nel processo di morte di una stella, che consente alla materia di rotolare in un oggetto estremamente denso, da cui nemmeno la luce può sfuggire. Gli scienziati ritengono che alla nascita di una galassia si possano creare enormi buchi neri, ma nessuno è stato in grado di guardare nel lontano passato per osservare le condizioni per i buchi neri collassanti diretti (DCBH).
Il telescopio spaziale James Webb, in programma per il lancio nel 2021, avrà l'opportunità di guardare nell'Universo primordiale per vedere una galassia con un enorme buco nero nascente. Ora abbiamo una simulazione creata da ricercatori del Georgia Institute of Technology. Mostra cosa cercare nelle future recensioni di DCBH.
La prima simulazione di questo tipo presuppone che la formazione di tali buchi neri sia accompagnata da tipi speciali di radiazioni intense, inclusi raggi X e raggi UV, che si spostano verso la luce IR quando si avvicina al telescopio. Era anche sorprendente che i buchi neri potessero creare stelle giganti prive di metalli. Al centro di molte grandi galassie ci sono buchi neri supermassicci, il cui processo di formazione e crescita non può essere osservato. Pertanto, è emersa un'ipotesi che essi avrebbero potuto apparire alla nascita galattica. Quindi la formazione di DCBH sarebbe iniziata dal crollo di una grande nube di gas durante la prima creazione della galassia. Ma è importante capire che cosa esattamente cercare negli spettri con l'aiuto del futuro telescopio.
La creazione di un buco nero può richiedere un milione di anni. Il supercomputer Stampede ha permesso di eseguire una simulazione focalizzata sugli effetti della formazione DCBH. La modellizzazione si basava sui primi principi fisici, come la gravità, la radiazione e l'idrodinamica.
Un'immagine simulata con radiazione UV dimostra come le spirali di gas riscaldate si trasformano in un buco nero centrale
Se prima viene formata una galassia e poi un buco nero al centro, dovrebbe apparire un tipo di firma. Ma cosa succede se il buco nero viene prima? Gli scienziati volevano sapere se aspettarsi altre differenze fisiche. La simulazione ha derivato informazioni su densità e temperatura per prevedere cosa vedrà esattamente il telescopio.
I buchi neri trascorrono circa un milione di anni per formarsi. Nella simulazione DCBH, il primo passo prevede il collasso del gas in una stella supermassiccia (100.000 volte più massiccia del Sole). La stella subisce quindi l'instabilità gravitazionale e collassa in se stessa, creando un enorme buco nero. La radiazione del buco nero innesca la formazione stellare in un periodo di 500.000 anni. Le star della prima generazione sembrano essere più massicce, dal momento che vivono molto meno. Nei primi 5-6 milioni di anni, esplodono come supernove. Dopo di ciò, il buco nero si calma, il che porta ad un confronto tra i raggi EM e la sua stessa gravità. Questi cicli coprono altri 20-30 milioni di anni.
I buchi neri sono comuni nello spazio, quindi gli scienziati sperano che un numero sufficiente di immagini ti permetta di catturarne uno di questi tipi. Quindi, sarà possibile comprendere più profondamente nel processo di evoluzione galattica.
I ricercatori sono rimasti sorpresi dalla formazione di stelle attorno a DCBH, ma a posteriori questo sembra logico. La ionizzazione creata porterà a reazioni fotochimiche in grado di innescare la nascita stellare. Questo è uno dei grandi indovinelli universali, quindi i ricercatori sperano che il loro lavoro porti a risposte tanto attese.
