Сверхмассивные черные дыры — самые тяжелые объекты в космосе, некоторые из них весят в миллионы или даже миллиарды раз больше массы Солнца. С помощью моделирования, проведенного на суперкомпьютере TACC Frontera, астрофизики получили представление о происхождении этих гигантских черных дыр, которые образовались около 11 миллиардов лет назад.
В рамках работы, опубликованной в The Astrophysical Journal, было обнаружено образование сверхмассивной черной дыры в результате слияния тройных квазаров, систем трех галактических ядер, освещенных газом и пылью, падающих во вложенную сверхмассивную черную дыру.
Одна из крупнейших космологических симуляций на сегодняшний день называется Astrid. Именно анализ ее результатов позволил совершить удивительное открытие. Согласно моделям образование черных дыр может достигать теоретического верхнего предела в 10 миллиардов солнечных масс.
То, что обнаружили ученые — это три сверхмассивные черные дыры, которые собрали свою массу в космический полдень, около 11 миллиардов лет назад, когда звездообразование, активные галактические ядра (АЯГ) и сверхмассивные черные дыры в целом достигают своего пика активности. Около половины всех звезд во Вселенной родились в космический полдень. Доказательства этого исходят из многоволновых данных многочисленных обзоров галактик, таких как Глубокое исследование происхождения Великих обсерваторий, где спектры далеких галактик рассказывают о возрасте их звезд, истории их звездообразования и химических элементах звезд внутри.
В эту эпоху ученые, наблюдающие за работой модели, заметили экстремальное и относительно быстрое слияние трех массивных галактик. Масса каждой галактики в 10 раз больше массы нашего Млечного Пути, а в центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра. Эти результаты показывают возможность того, что эти триплетные системы квазаров являются прародителями этих редких сверхмассивных черных дыр после того, как эти триплеты гравитационно взаимодействуют и сливаются друг с другом.
Более того, новые наблюдения галактик в космический полдень помогут раскрыть слияние сверхмассивных черных дыр и формирование сверхмассивных. Сейчас поступают данные с космического телескопа JWST с деталями морфологии галактик в высоком разрешении. Кроме того, будущая космическая обсерватория гравитационных волн NASA Laser Interferometer Space Antenna (LISA) даст нам гораздо лучшее понимание того, как эти массивные черные дыры сливаются, а также иерархическую структуру и формирование галактик на протяжении всей космической истории
Система космического моделирования Astrid работает на базе суперкомпьютера Frontera Техасского центра передовых вычислений (TACC) — самого мощного академического суперкомпьютера в США. Анализируя данные с телескопов, компьютерное моделирование помогает астрофизикам заполнить пробелы в знаниях и понимании происхождения звезд и экзотических объектов, таких как черные дыры.
