Tin tức Vũ trụ TV

Mô phỏng lớn tìm ra nguồn gốc mới của các lỗ đen siêu lớn

Ngày:
Th6 03, 2020
Tóm lược:

Mô phỏng máy tính được thực hiện bởi các nhà vật lý thiên văn đã tiết lộ một lý thuyết mới về nguồn gốc của các lỗ đen siêu lớn. Trong lý thuyết này, tiền thân của các lỗ đen siêu lớn phát triển bằng cách nuốt chửng không chỉ khí liên sao mà cả các ngôi sao nhỏ hơn. Điều này giúp giải thích số lượng lớn các lỗ đen siêu lớn quan sát được ngày hôm nay.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Mô phỏng máy tính được thực hiện bởi các nhà vật lý thiên văn tại Đại học Tohoku ở Nhật Bản đã tiết lộ một lý thuyết mới về nguồn gốc của các lỗ đen siêu lớn. Trong lý thuyết này, tiền thân của các lỗ đen siêu lớn phát triển bằng cách nuốt chửng không chỉ khí liên sao mà cả các ngôi sao nhỏ hơn. Điều này giúp giải thích số lượng lớn các lỗ đen siêu lớn quan sát được ngày hôm nay.

Hình 1: Ấn tượng của nghệ sĩ về sự hình thành của các ngôi sao siêu lớn phát triển thành một lỗ đen siêu lớn. (Tín dụng: NAOJ)
Hình 1: Ấn tượng của nghệ sĩ về sự hình thành của các ngôi sao siêu lớn phát triển thành một lỗ đen siêu lớn. (Tín dụng: NAOJ)

Hầu như mọi thiên hà trong Vũ trụ hiện đại đều có một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của nó. Khối lượng của chúng đôi khi có thể đạt tới 10 tỷ lần khối lượng Mặt trời. Tuy nhiên, nguồn gốc của chúng vẫn là một trong những bí ẩn lớn của thiên văn học. Một lý thuyết phổ biến là mô hình sụp đổ trực tiếp, nơi các đám mây nguyên thủy của sự sụp đổ khí giữa các vì sao tự trọng tạo thành các ngôi sao siêu lớn sau đó tiến hóa thành các lỗ đen siêu lớn. Nhưng các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng sự sụp đổ trực tiếp chỉ hoạt động với khí nguyên sơ chỉ bao gồm hydro và helium. Các nguyên tố nặng hơn như carbon và oxy làm thay đổi động lực khí, khiến khí sụp đổ phân mảnh thành nhiều đám mây nhỏ tạo thành các ngôi sao nhỏ của riêng chúng, thay vì một vài ngôi sao siêu lớn.

Sunmyon Chon, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Hiệp hội khuyến khích khoa học Nhật Bản và Đại học Tohoku và nhóm của ông đã sử dụng Đài quan sát thiên văn quốc gia của siêu máy tính Nhật Bản “ATERUI II” để thực hiện các mô phỏng độ phân giải cao 3D dài hạn để kiểm tra khả năng của các ngôi sao siêu lớn 3D có thể hình thành ngay cả trong khí giàu nguyên tố nặng. Sự hình thành sao trong các đám mây khí bao gồm các nguyên tố nặng rất khó mô phỏng vì chi phí tính toán để mô phỏng sự phân tách khí dữ dội, nhưng tiến bộ trong khả năng tính toán, đặc biệt là tốc độ tính toán cao của “ATERUI II” được ủy quyền vào năm 2018, cho phép nhóm nghiên cứu để vượt qua thử thách này. Những mô phỏng mới này cho phép nghiên cứu sự hình thành của các ngôi sao từ các đám mây khí một cách chi tiết hơn.

Trái với dự đoán trước đó, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các ngôi sao siêu lớn vẫn có thể hình thành từ các đám mây khí làm giàu nguyên tố nặng. Đúng như dự đoán, đám mây khí vỡ ra dữ dội và nhiều ngôi sao nhỏ hơn hình thành. Tuy nhiên, có một luồng khí mạnh về phía trung tâm của đám mây; những ngôi sao nhỏ hơn bị kéo theo dòng chảy này và bị nuốt chửng bởi những ngôi sao lớn ở trung tâm. Các mô phỏng đã dẫn đến sự hình thành của một ngôi sao khổng lồ lớn gấp 10.000 lần so với Mặt trời. “Đây là lần đầu tiên chúng tôi chứng minh sự hình thành của một lỗ đen lớn như vậy trong các đám mây được làm giàu bằng các nguyên tố nặng. Chúng tôi tin rằng ngôi sao khổng lồ do đó hình thành sẽ tiếp tục phát triển và phát triển thành một lỗ đen khổng lồ”, Chon nói.

Hình 2: Ảnh chụp mô phỏng cho thấy sự phân bố vật chất trong Vũ trụ tại thời điểm hình thành lỗ đen (nền) và phân bố mật độ của các đám mây khí tạo ra lỗ đen (phía dưới). Trong bảng điều khiển dưới cùng, các chấm đen gần trung tâm của hình tượng trưng cho các ngôi sao lớn, được cho là tiến hóa thành một lỗ đen theo thời gian. Các chấm trắng tượng trưng cho các ngôi sao nhỏ hơn 10 khối lượng mặt trời và được hình thành do sự phân mảnh của đám mây khí. Nhiều ngôi sao nhỏ hơn hợp nhất với các ngôi sao siêu lớn ở trung tâm, cho phép các ngôi sao khổng lồ phát triển hiệu quả. (Tín dụng: Sunmyon Chon)
Hình 2: Ảnh chụp mô phỏng cho thấy sự phân bố vật chất trong Vũ trụ tại thời điểm hình thành lỗ đen (nền) và phân bố mật độ của các đám mây khí tạo ra lỗ đen (phía dưới). Trong bảng điều khiển dưới cùng, các chấm đen gần trung tâm của hình tượng trưng cho các ngôi sao lớn, được cho là tiến hóa thành một lỗ đen theo thời gian. Các chấm trắng tượng trưng cho các ngôi sao nhỏ hơn 10 khối lượng mặt trời và được hình thành do sự phân mảnh của đám mây khí. Nhiều ngôi sao nhỏ hơn hợp nhất với các ngôi sao siêu lớn ở trung tâm, cho phép các ngôi sao khổng lồ phát triển hiệu quả. (Tín dụng: Sunmyon Chon)

Mô hình mới này cho thấy không chỉ khí nguyên thủy mà cả khí chứa các nguyên tố nặng cũng có thể tạo thành những ngôi sao khổng lồ, là hạt của các lỗ đen. “Mô hình mới của chúng tôi có thể giải thích nguồn gốc của nhiều lỗ đen hơn các nghiên cứu trước đây và kết quả này dẫn đến sự hiểu biết thống nhất về nguồn gốc của các lỗ đen siêu lớn”, Kazuyuki Omukai, giáo sư tại Đại học Tohoku nói.

Hình 3: Phân bố khối lượng sao được hình thành trong mô phỏng các đám mây khí chứa các nguyên tố nặng. Trong nghiên cứu này, sự tiến hóa của những ngôi sao đầu tiên được tính toán trong khoảng 10.000 năm sau khi hình thành chúng. Sự hiện diện của các nguyên tố nặng như carbon và oxy khiến đám mây khí bị phá vỡ dữ dội, dẫn đến sự phân bố với cực đại xung quanh một khối lượng mặt trời. Mặt khác, một ngôi sao siêu lớn gấp 10.000 lần khối lượng Mặt trời cũng sẽ hình thành cùng một lúc. Người ta cho rằng các ngôi sao siêu lớn sẽ phát triển hơn nữa về khối lượng và cuối cùng phát triển thành một lỗ đen siêu lớn. (Tín dụng: Sunmyon Chon)
Hình 3: Phân bố khối lượng sao được hình thành trong mô phỏng các đám mây khí chứa các nguyên tố nặng. Trong nghiên cứu này, sự tiến hóa của những ngôi sao đầu tiên được tính toán trong khoảng 10.000 năm sau khi hình thành chúng. Sự hiện diện của các nguyên tố nặng như carbon và oxy khiến đám mây khí bị phá vỡ dữ dội, dẫn đến sự phân bố với cực đại xung quanh một khối lượng mặt trời. Mặt khác, một ngôi sao siêu lớn gấp 10.000 lần khối lượng Mặt trời cũng sẽ hình thành cùng một lúc. Người ta cho rằng các ngôi sao siêu lớn sẽ phát triển hơn nữa về khối lượng và cuối cùng phát triển thành một lỗ đen siêu lớn.
(Tín dụng: Sunmyon Chon)

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Viện Khoa học Tự nhiên Quốc gia . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Kazuyuki Omukai, Sunmyon Chon. Sự hình thành sao siêu lớn thông qua sự bồi đắp siêu cạnh tranh trong các đám mây giàu kim loại . Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia , 2020; 494 (2): 2851 DOI: 10.1093 / mnras / staa863

Bài viết liên quan

Bài viết mới