Sciencemag.cz
Doporučujeme
Podle umělé inteligence rostou obří černé díry ve středech galaxií způsobem, který celkem přesně kopíruje hostitelskou galaxii.
Předpokládá se, že většina, ne-li všechny galaxie ukrývají ve svém středu supermasivní černou díru. Tyto černé díry mají hmotnost více než 100 000krát větší než Slunce, některé z nich miliony nebo miliardy Sluncí.
Peter Behroozi, Haowen Zhang (University of Arizona, National Astronomical Observatory of Japan) a jejich kolegové nyní pomocí strojového učení a superpočítačů rekonstruoval historii růstu černých děr. Simulace milionů virtuálních vesmírů potvrdila již dříve navržený předpoklad, že vazba mezi růstem galaxií a jejich černých děr je zřejmě celkem univerzální/konstantní, tj. platila už v ranějším vesmíru.
Zhang, Behroozi a jejich kolegové vytvořili platformu Trinity, která využívá novou formu strojového učení schopnou generovat v superpočítači miliony různých vesmírů, Každý se z těchto vesmírů funguje podle různých fyzikálních teorií popisujících vznik a vývoj galaxií. Výzkumníci dále vytvořili rámec (framework), v němž umělá inteligence navrhuje nová pravidla pro to, jak supermasivní černé díry rostou v čase. Poté tato pravidla použili k simulaci růstu miliard černých děr ve virtuálním vesmíru a „pozorováním“ virtuálního vesmíru testovali, zda souhlasí s desítkami let skutečných pozorování černých děr ve skutečném vesmíru. Po milionech navržených a zamítnutých sad pravidel došla umělá inteligence k modelu, který nejlépe popisoval stávající data o černých sírách i galaxiích.
Název projektu, Trinity odkazuje na tři hlavní oblasti, jimiž se autoři výzkumu zabývají: galaxie, jejich supermasivní černé díry a hala z temné hmoty. V předchozích studiích vědci použili dřívější verzi svého rámce (tzv. UniverseMachine) k simulaci milionů galaxií a jejich halo. Tým zjistil, že galaxie rostoucí ve svých halech z temné hmoty se řídí velmi specifickým vztahem mezi hmotností hala a hmotností galaxie.
Nyní provedené simulace ukazují, že supermasivní černé díry – jako ta ve středu Mléčné dráhy – rostly nejintenzivněji v dobách, kdy byl vesmír starý jen několik miliard let. V následujícím období, tj. zhruba během posledních 10 miliard let, rychlost jejich růstu prudce zpomalila.
„Již delší dobu víme, že galaxie dosáhnou vrcholu v rychlosti tvorby nových hvězd, pak hvězdotvorba poklesne a později úplně ustane,“ uvádí P. Behroozi. „Nyní se nám podařilo ukázat, že černé díry dělají totéž: rostou a jejich růst ustane ve stejnou dobu jako hvězdotvorba jejich hostitelské galaxie.“
Ono to zase tak samozřejmé není, respektive je to i trochu divné. Jak vyplývá z původní tisková zprávy, synchronizace má být poměrně těsná. Proč by se ale hmotnost černé díry měla zdvojnásobit ve stejném časovém horizontu jako hmotnost galaxie? Jedná se přece o procesy probíhající na hodně odlišných škálách (stačí porovnat hmotnost nebo objem centrální černé díry a celé galaxie), navíc černé díry lapají i hvězdy, galaxie spíš jen mezigalaktický plyn. Proč to funguje zrovna takhle (potvrdí-li se to, jistěže), tomu prozatím nerozumíme.
Haowen Zhang (张昊文) et al, Trinity I: self-consistently modelling the dark matter halo–galaxy–supermassive black hole connection from z = 0–10, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2022). DOI: 10.1093/mnras/stac2633
Zdroj: University of Arizona / Phys.org
