Rzadki potrójny kwazar jest jednym z najbardziej masywnych obiektów we wszechświecie

Supermasywne czarne dziury to najmasywniejsze obiekty we wszechświecie. Jego masa może osiągnąć miliony i miliardy mas Słońca. Symulacje superkomputerów na superkomputerze Frontera Texas Advanced Computing Center (TACC) pomogły astrofizykom odkryć pochodzenie supermasywnych czarnych dziur, które powstały około 11 miliardów lat temu.

„Odkryliśmy, że jednym z możliwych kanałów powstawania supermasywnych czarnych dziur są intensywne łączenia się masywnych galaktyk, które najprawdopodobniej mają miejsce w erze„ kosmicznego południa ”- powiedział Yuying Ni, doktor habilitowany w Smithsonian Institution for Astrophysics.

Ni jest głównym autorem pracy opublikowanej w Listy z dziennika astrofizycznego W grudniu 2022 roku odkryto, że supermasywne czarne dziury powstały z połączenia trójskładnikowych kwazarów, układów trzech jąder galaktycznych oświetlonych przez gaz i pył wpadających do supermasywnej czarnej dziury.

Współpracując z danymi z teleskopu, symulacja obliczeniowa pomaga astrofizykom uzupełnić brakujące części pochodzenia gwiazd i egzotycznych obiektów, takich jak czarne dziury.

Nazywa się to jedną z największych symulacji kosmicznych do tej pory AstridOpracowany wspólnie przez Ni. Jest to największa symulacja pod względem wielkości cząstek lub obciążenia pamięci w dziedzinie symulacji formowania się galaktyk.

Wyjaśniła, że ​​„naukowym celem Astrid jest badanie powstawania galaktyk, łączenia się supermasywnych czarnych dziur i rejonizacji na przestrzeni historii kosmosu”. Astrid modeluje duże obszary wszechświata, rozciągające się na setki milionów lat świetlnych, a mimo to może wykonywać zbliżenia w bardzo wysokiej rozdzielczości.

Opracowany przez Ni Astrid przy użyciu superkomputera Frontera należącego do Texas Advanced Computing Center (TACC), jest najpotężniejszym akademickim superkomputerem w Stanach Zjednoczonych.

Frontera to jedyny system, jaki stworzyliśmy [in] Astrid od pierwszego dnia. To czysta symulacja oparta na Fronterze” – kontynuował Ni.

Frontera idealnie nadaje się do symulacji Astrid firmy Ni ze względu na swoją zdolność do obsługi dużych aplikacji, które wymagają tysięcy węzłów obliczeniowych oraz indywidualnych systemów fizycznych procesorów i pamięci połączonych razem w celu wykonania niektórych z najtrudniejszych operacji obliczeniowych w nauce.

„Użyliśmy 2048 węzłów, maksimum dozwolonego w dużej kolejce, aby rutynowo uruchomić te symulacje. Jest to możliwe tylko na dużych superkomputerach, takich jak Frontera” – powiedział Ni.

Moje odkrycia z symulacji przeprowadzonej przez Astrid pokazują coś zupełnie zdumiewającego – powstawanie czarnych dziur może osiągnąć teoretyczną górną granicę 10 miliardów mas Słońca. „To bardzo trudne zadanie obliczeniowe. Ale te rzadkie i ekstremalne obiekty można uchwycić tylko za pomocą symulacji na dużą skalę” – powiedział Ni.

„Odkryliśmy trzy supermasywne czarne dziury, które zebrały swoją masę podczas kosmicznego południa, czyli czasu 11 miliardów lat temu, kiedy formowanie się gwiazd, aktywne jądra galaktyczne (AGN) i ogólnie supermasywne czarne dziury osiągnęły szczytową aktywność” – dodał. .

Około połowa wszystkich gwiazd we wszechświecie narodziła się w kosmiczne południe. Dowody na to pochodzą z danych o wielu długościach fal z kilku przeglądów galaktyk, takich jak Great Observations Origins Deep Survey, gdzie widma odległych galaktyk określają wiek ich gwiazd, historię formowania się gwiazd oraz pierwiastki chemiczne znajdujących się w nich gwiazd.

„W tej erze wykryliśmy intensywne i stosunkowo szybkie połączenie trzech masywnych galaktyk” – powiedział Ni. „Masa każdej galaktyki jest 10 razy większa od naszej Drogi Mlecznej, aw centrum każdej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura. Nasze odkrycia wskazują na możliwość, że te potrójne układy kwazarów są przodkami tych rzadkich supermasywnych czarnych dziur”. po tym jak te trzy oddziałują na siebie siła grawitacji i łączą się ze sobą.

Co więcej, nowe obserwacje galaktyk w kosmicznym południu pomogą odkryć łączenie się supermasywnych czarnych dziur i powstawanie supermasywnych dziur. Dane napływają teraz z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) ze szczegółami kształtów galaktyk w wysokiej rozdzielczości.

„Podążamy za modelem sprzężenia zwrotnego z danych JWST z symulacji Astrid” – powiedział Ni.

„Ponadto Obserwatorium Laserowego Interferometru Kosmicznego Teleskopu (LISA) NASA pozwoli nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób te masywne czarne dziury łączą się i/lub łączą, wraz z ich hierarchiczną strukturą, składem i łączeniem się galaktyk na przestrzeni kosmicznej historii”. „To ekscytujący czas dla astrofizyków i dobrze, że mamy symulacje, które pozwalają na teoretyczne przewidywania tych obserwacji”.

Grupa badawcza Ni planuje również systematyczne badanie macierzystego AGN galaktyk w ogóle. „To bardzo ważny cel naukowy dla JWST, ponieważ określa, jak wyglądają galaktyki macierzyste AGN i jak różnią się one od ogromnej populacji galaktyk podczas kosmicznego południa” – dodała.

„Wspaniale jest mieć dostęp do superkomputerów, technologii, która pozwala nam bardzo szczegółowo modelować obszar wszechświata i przewidywać na podstawie obserwacji” – powiedział Ni.