Что связывает черные дыры и Лас-Вегас? Странный вопрос, если вам не знакомо одно устоявшееся выражение. Все что происходит в Лас-Вегасе, как и в черной дыре, остается там — к большому разочарованию астрофизиков, пытающихся понять, как, когда и почему черные дыры образуются и растут. Черные дыры окружены горизонтом событий, таинственным невидимым слоем, из которого ничто не может вырваться, будь то материя, свет или информация. Это означает, что горизонт событий поглощает все следы прошлого черной дыры.
Поиском ответов на вопросы о прошлом черных дыр занялась международная команда ученых, которая использовала машинное обучение и суперкомпьютеры для реконструкции истории роста черных дыр, эффективно отодвигая их горизонты событий, чтобы показать, что находится за их пределами.
Моделирование миллионов компьютерных "вселенных" показало, что сверхмассивные черные дыры растут синхронно с принимающими их галактиками. Это подозревали в течение 20 лет, но ученые не могли подтвердить эту связь до сих пор. Статья с выводами команды была опубликована в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.
Считается, что большинство, если не все галактики, разбросанные по всему космосу, содержат в своем центре сверхмассивную черную дыру. Масса этих черных дыр более чем в 100 000 раз превышает массу Солнца, а некоторые могут похвастаться миллионами и даже миллиардами солнечных масс. Один из самых трудных вопросов астрофизиков заключался в том, как эти гиганты растут с такой скоростью и как они вообще формируются.
Чтобы найти ответы, ученые создали Trinity, платформу, использующую новую форму машинного обучения, способную генерировать миллионы различных вселенных на суперкомпьютере, каждая из которых подчиняется различным физическим теориям формирования галактик. Исследователи создали структуру, в которой компьютеры предлагают новые правила роста сверхмассивных черных дыр с течением времени. Затем они использовали эти правила для моделирования роста миллиардов черных дыр в виртуальной вселенной и наблюдали виртуальную вселенную, чтобы проверить, согласуется ли она с десятилетиями реальных наблюдений за черными дырами в реальной вселенной. После миллионов предложенных и отвергнутых наборов правил компьютеры остановились на правилах, которые лучше всего описывали существующие наблюдения.
По словам исследователей, этот подход одинаково хорошо работает для всего остального внутри Вселенной, а не только для галактик.
Название проекта "Тринити" связано с тремя основными областями его изучения: галактиками, их сверхмассивными черными дырами и их ореолами темной материи — обширными коконами темной материи, которые невидимы для прямых измерений, но существование которых необходимо для объяснения физических явлений. характеристики галактик повсюду. В предыдущих исследованиях исследователи использовали более раннюю версию своей структуры под названием UniverseMachine для моделирования миллионов галактик и их ореолов темной материи. Команда обнаружила, что галактики, растущие в своих ореолах темной материи, следуют очень специфическому соотношению между массой ореола и массой галактики.
Trinity позволяет астрофизикам обойти не только это ограничения связанные с невозможностью прямого наблюдения за многими процессами, но и информационный барьер горизонта событий для отдельных черных дыр, объединяя информацию от миллионов наблюдаемых черных дыр на разных стадиях их роста. Несмотря на то, что история каждой отдельной черной дыры не может быть реконструирована, исследователи смогли измерить среднюю историю роста всех черных дыр вместе взятых.
Моделирование пролило свет на еще одно загадочное явление: сверхмассивные черные дыры, подобные той, что находится в центре Млечного Пути , наиболее интенсивно росли в младенчестве, когда Вселенной было всего несколько миллиардов лет, а затем резко замедлились во время последующее время, за последние 10 миллиардов лет или около того.
Однако результат вызывает не меньше вопросов, чем дает ответов. Черные дыры намного меньше галактик, в которых они живут. Если бы Млечный Путь был уменьшен до размеров Земли, его сверхмассивная черная дыра была бы размером с точку в конце этого предложения.
Чтобы масса черной дыры удвоилась за то же время, что и большая галактика, требуется синхронизация газовых потоков в совершенно разных масштабах. Как черные дыры вступают в сговор с галактиками для достижения этого баланса, еще предстоит понять.
