Stampede 2…

Do stvaranja prvih crnih rupa došlo je nakon što su veliki tlakovi sabili materiju u jedno mjesto, kao rezultat Velikog praska.

Jesu li te prve crne rupe zaslužne za stvaranje zvijezda, koje su nastale oko 100 milijuna godina kasnije?
Simulacije super računala pomogle su u istraživanju ovog kozmičkog pitanja.

Simulacije su rađene na superračunalu Stampede2 Texas Advanced Computing Center (TACC), dijelu Sveučilišta Texas u Austinu.

“Otkrili smo da standardnu sliku formiranja prvih zvijezda zapravo ne mijenjaju primordijalne crne rupe”, rekao je Boyuan Liu, postdoktorand na Sveučilištu Cambridge. Liu je glavni autor istraživanja računalne astrofizike objavljenog u kolovozu 2022. u Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

U ranom svemiru, standardni model astrofizike drži da su crne rupe započele formiranje struktura sličnih aureolama zahvaljujući svojoj gravitacijskoj sili. Ovo je plus za formiranje zvijezda, gdje su te strukture služile da se materija spoji u prve zvijezde i galaksije.

Međutim, crna rupa također uzrokuje zagrijavanje zbog pada plina ili krhotina u nju. To stvara vrući akrecijski disk oko crne rupe, koji emitira energetske fotone koji ioniziraju i zagrijavaju okolni plin.

A to je minus za formiranje zvijezda, budući da se plin treba ohladiti da bi se mogao kondenzirati do dovoljno visoke gustoće da se pokrene nuklearna reakcija koja “zapali“ zvijezdu.

Ova dva učinka se gotovo međusobno poništavaju, tako da je konačni utjecaj na stvaranje zvijezda jako mali.

Ovisno o tome koji učinak nadmašuje drugi, primordijalne crne rupe mogu ubrzati, odgoditi ili spriječiti stvaranje zvijezda. “Zbog toga primordijalne crne rupe mogu biti važne”, dodao je Liu.

Također je naglasio da se samo pomoću najsuvremenijih kozmoloških simulacija može razumjeti međudjelovanje ova dva učinka.

Cilj je shvatiti početke

Za istraživanje, Liu i kolege koristili su kozmološke hidrodinamičke zoom-in simulacije za najsuvremenije numeričke sheme gravitacijske hidrodinamike, kemije i hlađenja u formiranju strukture i ranom formiranju zvijezda.

“Ključni učinak primordijalnih crnih rupa je da su one sjeme struktura”, rekao je Liu. Njegov tim izgradio je model koji je implementirao ovaj proces.

Zatim su dodali podmrežni model za akreciju crne rupe i povratne informacije. Model izračunava u svakom vremenskom koraku kako crna rupa nakuplja plin i također kako zagrijava svoju okolinu.

TACC-ovo superračunalo Stampede2

Simulacije koriste podatke iz početnih uvjeta svemira do visoke preciznosti na temelju promatranja kozmičke mikrovalne pozadine. Zatim se postavljaju simulacijske kutije koje prate kozmičku evoluciju korak po korak.

Ali izazovi u računalnim simulacijama formiranja strukture leže u načinu na koji se velika mjerila svemira – milijuni do milijardi svjetlosnih godina i milijardi godina – spajaju s atomskim mjerilima gdje se događa zvjezdana kemija.

“Ako pogledamo jednu tipičnu strukturu koja može oblikovati prve zvijezde, potrebno nam je oko milijun elemenata “, rekao je Liu. “Zbog toga moramo koristiti superračunala u TACC-u.”

Liu je rekao da korištenjem Stampede2, simulacija koja radi na 100 jezgri može završiti za samo nekoliko sati u usporedbi s godinama koje bi trebale na prijenosnom računalu.

“Cilj našeg rada je da želimo razumjeti kako se svemir transformirao iz jednostavnih početnih uvjeta Velikog praska”

Važnost tamne tvari

Strukture koje su proizašle iz Velikog praska bile su vođene dinamičkom važnošću tamne tvari.

Priroda tamne tvari ostaje jedna od najvećih misterija u znanosti.

Tragovi ove hipotetske ali nevidljive supstance su nepobitni, vidljivi u nemogućim brzinama rotacije galaksija. Masa svih zvijezda i planeta u galaksijama poput naše Mliječne staze nema dovoljno gravitacije da ih spriječi da se razlete.

Super Kosmosračunala nam pružaju novi pogled na to kako svemir funkcionira. Uvijeti i okruženja u svemiru su vrlo teški za razumijevanje i zato gradimo sve moćnija računala.

Kosmos