초기 우주의 삽화. 이미지 크레디트 : NASA. 클릭하면 확대됩니다.
우주는 아주 어렸을 때 오래 전에 시작되었습니다. 최초의 거대한 육종가는 젊었을 때 놀랐습니다. 할당 된 시간이 흐르면서 핵 엔진은 거대한 수소와 헬륨 가스의 흐름을 끓여 성간 매체를 풍부하게 만들었습니다. 이 단계에서, 초 은하 성단은 초기 은하 핵 근처의 작은 주머니에 형성되었다. 각 군집은 작은 미니 헤일로 물질의 작은 지역에서 헤엄 친다.
그들의주기를 완성하면서, 가장 빠른 종축 별들이 폭발하여 무거운 원자들을 뿜어 냈다. 그러나 우주에 너무 많은 무거운 물질이 쌓이기 전에 가장 빠른 블랙홀이 형성되었고, 상호 동화 작용을 통해 빠르게 성장했으며, 정확한 온도와 구성의“골디 락 (Goldilocks)”가스를 넓은 광착 디스크로 끌어 들이기에 충분한 중력 영향을 축적했습니다. 이 초 임계 성장 단계는 가장 초기의 대규모 블랙홀 (MBH)을 초소형 블랙홀 (SMBH) 상태로 빠르게 발전 시켰습니다. 이 중에서 가장 초기의 퀘이사는 수많은 원생 은하의 융합 된 미니 후광 내에 거주했다.
초기 퀘이사 형성에 관한이 그림은 캠브리지 영국 우주 론자 Martin J. Rees와 Marta Volonteri가 저술 한“높은 적색 편이 블랙홀의 급격한 성장”이라는 제목의 최근 논문 (2005 년 6 월 2 일 발행)에서 발췌 한 것입니다. 이 연구는 보편적 투명성 시대 이후, 성간 매체의 가스가 별 방사선을 통해 완전히 재 이온화되고 초신성에 의해 중금속이 시드되기 전에 빠른 SMBH 형성의 짧은 창이 열릴 가능성을 다룬다. Rees-Volonteri 모델은 Sloan Digital Sky Survey (SDSS) 데이터 세트에서 나오는 사실을 설명하려고 시도합니다. 빅뱅 이후 10 억 년이 지난 지금, 많은 광채의 퀘이사가 이미 형성되었습니다. 각각 SMBH의 질량은 10 억 태양을 초과합니다. 이것들은“씨앗 블랙홀”에서 발생했습니다 – 최초의 거대한 은하단들 사이에서 초기 초신성 붕괴주기 후에 남겨진 중력 콘크리트. 빅뱅 이후 10 억 년이 지나서야 끝났습니다. 그렇게 많은 공간이 이렇게 작은 공간에 어떻게 빠르게 응축 될 수 있습니까?
Volontari and Rees에 따르면,“이러한 씨앗을 최대 10 억 개의 태양 질량으로 자라려면 거의 연속적인 기체의 축적이 필요합니다…”이러한 높은 증가율에 대한 작용은 블랙홀로 떨어지는 물질로부터의 방사선이 일반적으로 빠른 속도를 상쇄한다는 사실입니다. 살찌 다". 대부분의 SMBH 성장 모델은 중간 (대형-대형이 아닌) 블랙홀쪽으로 떨어지는 질량의 약 30 %가 방사선으로 변환됨을 보여줍니다. 그 효과는 두 가지입니다. 그렇지 않으면 MBH를 공급하는 물질은 방사선으로 손실되고, 외부의 방사선 압력은 추가 물질의 행진을 급격히 증가 시켜서 빠르게 성장하도록합니다.
빠른 SMBH 형성을 이해하는 열쇠는 MBH 주변의 초기 부착 디스크가 오늘날과 같이 광학적으로 밀도가 높지 않고, 매끈하게 분포 된 물질로“지방”일 가능성에 있습니다. 이러한 조건에서 방사선은 더 넓은 평균 자유 경로를 가지며 물질의 내부 운동을 방해하지 않고 디스크를 벗어나 탈출 할 수 있습니다. 전체 SMBH 성장 프로세스를 추진하는 연료는 블랙홀 이벤트의 지평선에 적절하게 전달됩니다. 한편, 초기 시대에 존재했던 유형의 물질은 주로 단 핵성 수소와 헬륨이었다. 이는 후기의 중금속이 풍부한 축적 디스크가 아니다. 이 모든 것은 초기 MBH가 서둘러 자라서 궁극적으로 SDSS 데이터 세트에서 볼 수있는 완전히 성숙한 많은 퀘이사를 설명한다는 것을 암시합니다. 이러한 초기 MBH는 오늘날의 MBH보다 완전히 성숙한 SMBH보다 더 일반적인 대량 에너지 변환 비율을 가져야합니다.
Volontari와 Rees는 초기 연구자들이 완전히 개발 된“Quarsar는 대략 10 %의 질량-에너지 변환 효율을 가졌다”고 밝혔다. 그러나이 Mass-Energy 변환 값은 유니버설에서 이후의 Quasar에 대한 연구에서 나온다고 경고한다. 팽창과 "초기 우주에서의 은하계 퀘이사의 복사 효율에 대해서는 알려진 바가 없다" 이러한 이유 때문에 "저편이 적색 우주의 그림은 초기에는 적용되지 않을 수 있습니다." 초기 우주는 물질로 더 밀집되어 있었으며, 물질은 더 높은 온도에 있었고, 비금속 대 금속의 비율이 더 높았습니다. 이러한 모든 요소는 초기 MBH의 대량 에너지 변환 효율에 대한 거의 모든 사람이 추측 한 것입니다. 초기 퀘이사들 사이에 왜 그렇게 많은 SMBH가 존재하는지 설명해야하므로, Volontari와 Rees는 오늘날의 디스크를 알고있는 것을 과거의 디스크와 어떻게 다른지 설명하는 수단으로 사용하는 것이 합리적입니다.
그리고 수많은 별들로부터의 방사선이 성간 매체 내에서 가스를 재 이온화하기 전의 가장 빠른시기는 빠른 SMBH 형성을위한 익은 조건을 제공했습니다. 이러한 조건은 1 억년 미만 지속되었을 수 있으며, 우주에서 물질의 온도, 밀도, 분포 및 성분의 균형이 적절해야했습니다.
완전한 그림 (종이에 그려진)을 얻기 위해, 초기 우주는 매우 크고 밀도가 매우 높은 성단이있는 어둡고 바 론적 물질로 구성된 무수한 미니 후광으로 채워진다는 아이디어로 시작합니다. 이 성단의 밀도와 그것들을 구성하는 별의 광대 함으로 인해 초신성은 수많은“씨앗 블랙홀”을 생성하기 위해 빠르게 개발되었습니다. 이 씨앗 BH는 거대한 블랙홀로 통합되었습니다. 한편 중력과 실제 운동은 다양한 미니 후광을 빠르게 가져 왔습니다. 이로 인해 MBH를 공급할 수있는 훨씬 더 많은 후광이 생성되었습니다.
초기 우주에서 MBH를 둘러싼 물질은 평균 8,000 도의 온도에서 수소와 헬륨의 거대한 금속-불량 스페 로이드 형태를 취했습니다. 이러한 고온에서 원자는 이온화 된 상태로 유지됩니다. 이온화로 인해, 광자 트랩으로서 작용하는 원자와 관련된 전자가 거의 없었다. 방사선 압력의 영향은 물질이 블랙홀 사건 지평으로보다 쉽게 떨어질 수있는 지점으로 감소했습니다. 한편 자유 전자 자체는 빛을 산란시킵니다. 그 빛 중 일부는 실제로 디스크를 향해 다시 복사되고 에너지의 형태로 또 다른 질량 원이 시스템에 공급됩니다. 마지막으로 산소, 탄소 및 질소와 같은 중금속 부족은 단 일 원자가 뜨겁다는 것을 의미합니다. 온도가 4,000도 K 아래로 떨어지면 원자는 탈 이온화되고 다시 방사선 압력을 받아 BH 사건 지평으로 떨어지는 신선한 물질의 흐름을 줄입니다. 이러한 순수한 물리적 특성은 모두 질량 에너지 효율 비율을 낮추는 경향이있어 MBH가 빠르게 무게를 실을 수 있습니다.
한편 미니 할로가 합쳐지면서 뜨거운 중성 물질은 오늘날의 SMBH 주변에서 볼 수있는 얇은 고리가 아니라 거대한“두꺼운”디스크로 응축되었습니다. 이는 후광 물질 자체가 빠르게 성장하는 MBH를 완전히 둘러싸고 있기 때문입니다. 이 구상 물질 분포는 다양한 각도에서 축적 디스크를 공급하기 위해 신선하고 뜨거운 처녀 물질을 지속적으로 공급했습니다. 두꺼운 디스크는 낮은 광학 밀도에서 더 많은 양의 물질을 의미했습니다. 다시 한번, 문제는 MBH의 다가오는 틀에서 바깥쪽으로 "태양-봉인"되는 것을 피하고 대량 에너지 전환율이 떨어졌습니다.
뚱뚱한 디스크와 이온화 된 저 질량 원자 모두 초기 녹색 우주의 황금 시대에 MBH가 빠르게 성장했다고 말합니다. 빅뱅 이후 10 억 년 안에 그들은 비교적 조용한 성숙도로 정착하여 물질을 빛으로 효율적으로 변환하고 광활한 시간과 공간에 걸쳐 그 빛을 잠재적으로 계속 확대되는 우주로 캐스팅했습니다.
Jeff Barbour 작성
