Sommige relaties staan ​​in de sterren geschreven. Dat is zeker het geval voor superzware zwarte gaten en hun gastheerstelsels, volgens een nieuwe studie van de Yale University.

De "speciale relatie" tussen superzware zwarte gaten (SMBH's) en hun gastheren - iets wat astronomen en natuurkundigen al een tijdje hebben waargenomen - kan nu worden begrepen als een band die vroeg in de vorming van een melkwegstelsel begint en inspraak heeft in hoe zowel het melkwegstelsel en de SMBH in het centrum groeien in de loop van de tijd, merken de onderzoekers op.

Een zwart gat is een punt in de ruimte waar materie zo stevig is samengeperst dat het intense zwaartekracht creëert. Deze zwaartekracht is sterk genoeg dat zelfs licht niet aan zijn aantrekkingskracht kan ontsnappen. Zwarte gaten kunnen zo klein zijn als een enkel atoom of zo groot als miljarden kilometers in diameter. De grootste worden "superzware" zwarte gaten genoemd en hebben een massa die gelijk is aan die van miljoenen - of zelfs miljarden - zonnen.

SMBH's worden vaak gevonden in het centrum van grote sterrenstelsels, inclusief onze eigen melkweg, De melkweg. Hoewel theoretisch werd verwacht dat SMBH's zouden bestaan, de eerste observatiesuggesties werden ontdekt in de jaren zestig; eerder dit jaar, de Event Horizon Telescope heeft het eerste silhouet van een zwart gat in het sterrenstelsel Messier 87 vrijgegeven. Astrofysici blijven theoretiseren over de oorsprong van zwarte gaten, hoe ze groeien en gloeien, en hoe ze interageren met gaststelsels in verschillende astronomische omgevingen.

"Er is veel onzekerheid geweest over de SMBH-galaxy-verbinding, in het bijzonder of SMBH-groei nauwer verbonden was met de stervormingssnelheid of de massa van het gaststelsel, " zei Yale-astrofysicus Priyamvada Natarajan, senior onderzoeker van de nieuwe studie, die in het journaal verschijnt Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society . "Deze resultaten vertegenwoordigen het meest grondige theoretische bewijs voor de eerste - de groeisnelheid van zwarte gaten lijkt nauw gekoppeld te zijn aan de snelheid waarmee sterren in de gastheer worden gevormd."

Natarajan heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan ons begrip van de formatie, samenkomst, en groei van MKB's, met betrekking tot hun omgeving. Haar werk spreekt over de onderliggende vraag of deze verbanden slechts correlaties zijn of tekenen van diepere causaliteit.

Natarajan en haar team - eerste auteur Angelo Ricarte en Michael Tremmel van Yale en Thomas Quinn van de Universiteit van Washington - gebruikten geavanceerde sets simulaties om de ontdekking te doen. Romulus genoemd, de kosmologische simulatie volgt de evolutie van verschillende regio's van het universum van net na de oerknal tot op de dag van vandaag en omvat duizenden gesimuleerde sterrenstelsels die zich in een grote verscheidenheid aan kosmische omgevingen bevinden.

De Romulus-simulaties bieden de hoogste resolutie momentopname van de groei van zwarte gaten, een volledig opkomend en scherper beeld geven van hoe zwarte gaten groeien in een breed scala van gaststerrenstelsels, van de meest massieve sterrenstelsels in het centrum van clusters van sterrenstelsels - zeer dichte gebieden zoals drukke stadscentra - tot veel gewonere dwergstelsels die de schaarsere buitenwijken bewonen.

"In een tijd waarin de aanjagers van de groei van zwarte gaten onduidelijk zijn, deze simulaties bieden een eenvoudig beeld. Ze groeien gewoon mee met de sterren, onafhankelijk van de massa van de melkweg, de grotere omgeving, of het kosmische tijdperk, " zei Ricarde, een voormalig afgestudeerde student van Natarajan die nu een postdoctoraal onderzoeker is aan Harvard.

Een van de meer intrigerende bevindingen van de studie, Ricarte merkte op, heeft te maken met de manier waarop de grootste zwarte gaten in het universum in de loop van de tijd interageren met hun gastheerstelsels. De onderzoekers ontdekten dat SMBH's en hun gastheren samen groeien, en dat de relatie "zelfcorrigerend is, " onafhankelijk van het soort omgeving waarin ze leven.

"Als de SMBH te snel begint te groeien en te groot wordt voor zijn galactische thuis, fysieke processen zorgen ervoor dat de groei ervan vertraagt ​​ten opzichte van de melkweg, Tremmel legde uit. "Aan de andere kant, als de massa van de SMBH te klein is voor zijn melkwegstelsel, de groeisnelheid van de SMBH neemt toe ten opzichte van de grootte van de melkweg om te compenseren."