As far as we can tell, nearly every

As far as we can tell, nearly every galaxy out there has a supermassive black hole at its core. And when these black holes are actively ingesting matter, they create quasars, the brightest objects we've ever detected. Quasars appear to be present in some of the earliest galaxies we can detect, from when the Universe was only six percent of its current age.

That's a bit of a problem. The radiation a black hole emits while swallowing matter places a speed limit on the amount of matter it can ingest. Currently, we simply don't know how black holes got big enough to power a quasar less than a billion years after the birth of the Universe. But a paper from last week's edition of Science suggests that the stars present at the galaxy's core might cause gravitational instabilities that let the black hole overcome the speed limit on its growth.

Black holes are famous for having a point of no return, a distance where even photons cannot escape their gravitational draw. But beyond that point, the infalling matter can form what's called an accretion disk, where its interactions with the intense magnetic and gravitational fields send copious amounts of matter and energy flowing away from the black hole.

The photons produced by the infalling matter are what set the speed limit on the black hole's dining. At a point called the Eddington limit, the force exerted by the radiation pressure from these photons becomes greater than the draw of gravity. This creates a balance: too much matter and the black hole cuts off its own food supply until the lack of infalling matter causes the radiation pressure to subside.

The Eddington limit causes an astrophysical conundrum. It tells us that black holes should take a while to reach supermassive levels sufficient to power quasars. Yet observations tell us those quasars were there. So something unusual must be going on.

Researchers have considered a number of possible ways in which the earliest black holes could grow quickly. Some of the things they've considered include the direct collapse of massive clouds of gas without forming stars first or the merger of multiple massive stars to create a single, unusually massive black hole. But the new paper suggests that the Eddington limit could be sidestepped if you manage to get rid of the accretion disk.

The authors note that models of the early collapse of galaxies suggest that the process involves the organized flow of large amounts of cold gas into the galactic core. So, they produced a high-resolution model of what happens to that gas when it gets there. Their model included a large population of existing, massive stars in the core, along with a single, low-mass black hole. They then tracked the dynamics of the whole thing, seeing how the flow of cold gas interacted with the stars and black hole in the galactic core.

The modeling involves a lot of math, but some fascinating facts. For example, radiation pressure from close to the black hole is lower than you might expect from simple calculations. That's because the matter is dense enough that some of the photons are absorbed and re-emitted multiple times. While that's going on, some of the matter gets swept past the event horizon, taking the photons with it.

What they find is that, when an accretion disk forms, the Eddington limit kicks in. But the black hole's gravitational interactions with the massive stars at the galaxy's core regularly disrupt the accretion disk—in fact, until it grows above a certain mass, the black hole ping-pongs around the core of the galaxy due to these gravitational interactions. With the accretion disk disrupted, the inflowing gas can head directly into the black hole without any heed to the Eddington limit.

This process doesn't get the black hole up to the full size needed to power a quasar, but it does allow it to get very large very quickly. From there, things get a bit complex. The authors admit that "It is much more difficult to self-consistently predict the subsequent joint evolution of the BH [black hole] and cluster" at that point. But they say that you'd only need this to work in less than five percent of the initial star-forming regions of the Universe in order to produce the number of quasars we're seeing in the early Universe. While the details still need to be sorted out, it seems like a promising start.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เท่าที่เราสามารถบอก เกือบทุกดาราจักรมีออกมีหลุมดำมวลยวดยิ่งที่เคร่งครัด และเมื่อหลุมดำเหล่านี้อย่างแข็งขันเป็น ingesting เรื่อง สร้าง quasars วัตถุสว่างมากที่สุดเคยตรวจพบ Quasars จะ มีบางส่วนของชื่อดาราจักรแรกสุดที่เราสามารถตรวจสอบได้ จากเมื่อจักรวาลมีเพียงร้อยละ 6 ของความปัจจุบันอายุ

ที่เป็นบิตของปัญหา รังสีที่หลุมดำ emits ขณะกลืนไม่สะดวกเรื่องสถานจำกัดความเร็วตามจำนวนเรื่องที่สามารถ ingest เราก็ไม่รู้ว่าหลุมดำมีขนาดเพียงพอสำหรับพลังงาน ที่เควซาร์ less than เป็นพันล้านปีหลังจากการเกิดของจักรวาล แต่กระดาษจากรุ่นของสัปดาห์วิทยาศาสตร์แนะนำว่า ดาวปัจจุบันที่หลักของดาราจักรอาจสาเหตุ instabilities ความโน้มถ่วงที่หลุมดำเอาชนะขีดจำกัดความเร็วในการเจริญเติบโตของการ

หลุมดำที่มีชื่อเสียงสำหรับการมีจุดของไม่ส่งคืน ระยะที่ photons แม้ไม่สามารถหนีการวาดความโน้มถ่วง แต่นอกเหนือ จาก จุดนั้น เรื่อง infalling สามารถสร้างสิ่งที่เรียกว่าดิสก์มี accretion ที่การโต้ตอบกับเขตข้อมูลแม่เหล็ก และความโน้มถ่วงรุนแรงส่งจำนวนเรื่องและพลังงานที่ไหลจากหลุมดำ copious

photons ที่ผลิต โดย infalling เรื่องมีอะไรตั้งจำกัดความเร็วในการรับประทานอาหารของหลุมดำได้ จุดเรียกว่าขีดจำกัด Eddington แรงนั่นเอง โดยความดันรังสีจาก photons เหล่านี้เป็นมากกว่าการวาดของแรงโน้มถ่วง นี้สร้างสมดุล: เรื่องมากเกินไปและหลุมดำตัดอุปทานอาหารของตัวเองจนขาดเรื่อง infalling ทำให้ความดันรังสีเพื่อบรรเทาการ

Eddington จำกัดทำให้การ conundrum astrophysical มันบอกว่า หลุมดำควรใช้ในขณะที่ถึงระดับเพียงพอที่จะใช้พลังงาน quasars มวลยวดยิ่ง แต่สังเกตบอก quasars เหล่านั่น ดังนั้นบางสิ่งผิดปกติต้องไปบน

นักวิจัยมีพิจารณาจำนวนวิธีที่เป็นไปได้ที่หลุมดำแรกสุดสามารถเติบโตได้อย่างรวดเร็ว สิ่งที่พวกเขาได้รับการพิจารณารวมยุบตรงก้อนเมฆขนาดใหญ่ของแก๊สโดยไม่ขึ้นรูปดาวก่อนหรือควบรวมกิจการของดาวขนาดใหญ่หลายสร้างหลุมดำขนาดใหญ่ผิดปกติ เดี่ยว แต่กระดาษใหม่แนะนำว่า สามารถ sidestepped วงเงิน Eddington หากคุณจัดการเพื่อกำจัดดิสก์ accretion

หมายเหตุผู้เขียนที่รูปแบบของช่วงยุบชื่อดาราจักรแนะนำว่า การเกี่ยวข้องกับขั้นตอนการจัดการจำนวนมากของก๊าซเย็นเป็นหลักกาแลคซี ดังนั้น พวกเขาผลิตแบบความละเอียดสูงของสิ่งที่เกิดขึ้นกับก๊าซที่เมื่อได้รับมี รูปแบบการรวมประชากรขนาดใหญ่ของดาวขนาดใหญ่ ที่มีอยู่ในหลัก กับหลุมดำ มวลต่ำเดี่ยว ผู้ติดตามของสิ่งทั้งหมด ดูวิธีการไหลของก๊าซที่เย็นอาจ มีดาวและหลุมดำในกาแลกติกหลักแล้ว

สร้างโมเดลของคณิตศาสตร์ แต่ข้อเท็จจริงบางอย่างน่าสนใจที่เกี่ยวข้องกับการ ตัวอย่าง รังสีความดันจากใกล้กับหลุมดำคือต่ำกว่าที่คุณอาจคาดหวังจากการคำนวณอย่างง่าย นั่นเป็น เพราะเรื่องนั้นหนาแน่นพอที่บาง photons การดูดซึม และออกมาอีกหลายครั้ง ในขณะที่ที่เกิดขึ้น บางเรื่องจะกวาดผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์ การใช้ photons กับมัน

สิ่งที่พวกเขาค้นหาเป็นที่ เมื่อมีดิสก์ accretion ฟอร์ม วงเงิน Eddington kicks ใน แต่โต้ตอบความโน้มถ่วงของหลุมดำกับดาวใหญ่ที่หลักของดาราจักรเป็นประจำรบกวนดิสก์ accretion — ในความเป็นจริง จนกระทั่งขยายข้างเป็นบาง มวล ping-pongs หลุมดำรอบหลักของดาราจักรจากการโต้ตอบเหล่านี้ความโน้มถ่วง มีดิสก์ accretion ระหว่างสองวัน แก๊ส inflowing สามารถมุ่งหน้าลงหลุมดำโดยการรำลึกถึงวงเงิน Eddington ได้

กระบวนการนี้ไม่ได้รับหลุมดำถึงขนาดเต็มต้องพลังงานเควซาร์เป็น แต่มันช่วยให้มันดูมีขนาดใหญ่มากได้อย่างรวดเร็วได้ จากที่นั่น สิ่งรับบิตซับซ้อน ผู้เขียนยอมรับว่า "มันเป็นยากมากที่จะทำนายต่อมาวิวัฒนาการร่วมของ BH [หลุมดำ] และคลัสเตอร์ด้วยตนเองอย่าง" ที่จุดนั้น แต่พวกเขาบอกว่า คุณจะเพียงแค่นี้ทำงานน้อยกว่า 5 เปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ขึ้นรูปดาวที่เริ่มต้นของจักรวาลเพื่อผลิตของ quasars ที่เรากำลังดูในจักรวาลก่อน ในขณะที่รายละเอียดยังจำเป็นต้องเรียงลำดับออก มันเหมือนเริ่มต้นสัญญา

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

เท่าที่เราสามารถบอกได้ว่าเกือบทุกกาแลคซีออกมีมีหลุมดำมวลมหาศาลที่หลักของ และเมื่อหลุมดำเหล่านี้มีความกระตือรือร้นอมเรื่องที่พวกเขาสร้างควอซาร์วัตถุที่สว่างที่สุดที่เราได้เคยตรวจพบ ควอซาร์ดูเหมือนจะอยู่ในบางส่วนของกาแลคซีที่เก่าแก่ที่สุดที่เราสามารถตรวจสอบได้จากเมื่อจักรวาลเป็นเพียงร้อยละหกของอายุปัจจุบันนั่นเป็นบิตของปัญหา รังสีหลุมดำปล่อยในขณะที่กลืนกินเรื่องสถานที่ จำกัด ความเร็วอยู่กับปริมาณของเรื่องที่จะสามารถนำเข้าไปในร่างกาย ขณะนี้เราก็ไม่ทราบว่าหลุมดำที่มีขนาดใหญ่พอที่จะมีอำนาจเควซาร์น้อยกว่าพันล้านปีหลังการเกิดของจักรวาล แต่กระดาษจากรุ่นสัปดาห์สุดท้ายของวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่าดาวปัจจุบันที่หลักของจักรวาลอาจก่อให้เกิดความไม่มีเสถียรภาพของแรงโน้มถ่วงที่ช่วยให้หลุมดำเอาชนะขีด จำกัด ความเร็วในการเจริญเติบโตของดำหลุมที่มีชื่อเสียงสำหรับการมีจุดของกลับไม่มีระยะที่ แม้โฟตอนไม่สามารถหนีดึงโน้มถ่วงของพวกเขา แต่นอกเหนือจากจุดที่ตกลงมาไม่สามารถสร้างสิ่งที่เรียกว่าการเพิ่มดิสก์ที่มีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กและแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงส่งปริมาณมากของสสารและพลังงานที่ไหลออกมาจากหลุมดำโฟตอนการผลิตโดยไม่ตกลงมาเป็นสิ่งที่กำหนด จำกัด ความเร็วในการรับประทานอาหารของหลุมดำ เมื่อมาถึงจุดที่เรียกว่าขีด จำกัด Eddington แรงกระทำโดยความดันรังสีจากโฟตอนเหล่านี้จะมากกว่าดึงของแรงโน้มถ่วง นี้ได้สร้างความสมดุล: เรื่องมากเกินไปและตัดหลุมดำออกจากแหล่งอาหารของตัวเองจนขาดของเรื่องที่ตกลงทำให้เกิดความดันรังสีเพื่อลดขีด จำกัด Eddington ทำให้ปริศนา Astrophysical มันบอกเราว่าหลุมดำควรใช้ในขณะที่ไปถึงระดับมวลเพียงพอที่จะควอซาร์อำนาจ แต่ข้อสังเกตที่บอกเราควอซาร์ที่อยู่ที่นั่น ดังนั้นบางสิ่งบางอย่างที่ผิดปกติจะต้องเกิดขึ้นนักวิจัยได้พิจารณาหลายวิธีที่เป็นไปได้ในการที่หลุมดำแรกสามารถเติบโตได้อย่างรวดเร็ว บางส่วนของสิ่งที่พวกเขาได้รับการพิจารณารวมถึงการล่มสลายโดยตรงของเมฆขนาดใหญ่ของก๊าซโดยไม่ต้องสร้างดาวดวงแรกหรือควบรวมกิจการของดาวขนาดใหญ่หลายที่จะสร้างเดียวหลุมดำขนาดใหญ่ผิดปกติ แต่กระดาษใหม่แสดงให้เห็นว่าขีด จำกัด Eddington สามารถเลี่ยงหากคุณจัดการเพื่อกำจัดการเพิ่มดิสก์ผู้เขียนทราบว่ารูปแบบของการล่มสลายในช่วงต้นของกาแลคซีชี้ให้เห็นว่ากระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการไหลของการจัดจำนวนมากของก๊าซเย็นลง ใจกลางทางช้างเผือก ดังนั้นพวกเขาผลิตรูปแบบความละเอียดสูงของสิ่งที่เกิดขึ้นเป็นก๊าซที่เมื่อได้รับมี รูปแบบของพวกเขารวมประชากรขนาดใหญ่ของที่มีอยู่ดาวขนาดใหญ่ในแกนพร้อมกับซิงเกิ้ลหลุมดำมวลต่ำ จากนั้นพวกเขาติดตามการเปลี่ยนแปลงของสิ่งที่ทั้งเห็นว่าการไหลของก๊าซเย็นมีความสัมพันธ์กับดวงดาวและหลุมดำในใจกลางทางช้างเผือกการสร้างแบบจำลองที่เกี่ยวข้องกับการจำนวนมากคณิตศาสตร์ แต่ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจบางอย่าง ตัวอย่างเช่นความดันรังสีจากใกล้กับหลุมดำที่ต่ำกว่าที่คุณอาจคาดหวังจากการคำนวณอย่างง่าย นั่นเป็นเพราะเรื่องนี้จะมีความหนาแน่นพอที่จะทำให้บางส่วนของโฟตอนจะถูกดูดซึมและปล่อยออกมาอีกหลายครั้ง ในขณะที่เกิดขึ้นบางส่วนของเรื่องที่ได้รับการกวาดผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์การโฟตอนกับมันสิ่งที่พวกเขาพบคือว่าเมื่อรูปแบบการเพิ่มดิสก์, Eddington เตะขีด จำกัด In. แต่ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงของหลุมดำที่มีดาวขนาดใหญ่ ที่แกนกลางของจักรวาลอย่างสม่ำเสมอส่งผลกระทบต่อการเพิ่มดิสก์ในความเป็นจริงจนกระทั่งมันเติบโตขึ้นเหนือมวลบางหลุมดำ ping pongs รอบแกนกลางของจักรวาลอันเนื่องมาจากการมีปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงเหล่านี้ ด้วยการเพิ่มดิสก์กระจัดกระจายก๊าซไหลสามารถมุ่งหน้าตรงเข้าไปในหลุมดำโดยไม่ต้องรำลึกถึง Eddington ใด ๆ ที่ จำกัด การกระบวนการนี้ไม่ได้รับการขึ้นหลุมดำขนาดเต็มที่จำเป็นในการใช้พลังงานเควซาร์ แต่มันก็ไม่อนุญาตให้ ได้รับมีขนาดใหญ่มากได้อย่างรวดเร็ว จากนั้นสิ่งที่ได้รับบิตซับซ้อน ผู้เขียนยอมรับว่า "มันเป็นเรื่องยากมากที่จะตัวเองอย่างต่อเนื่องทำนายวิวัฒนาการร่วมกันต่อมาของ BH [หลุมดำ] และกลุ่ม" ที่จุดนั้น แต่พวกเขาบอกว่าคุณต้องการเพียงแค่นี้ในการทำงานในน้อยกว่าร้อยละห้าของภูมิภาคดาวขึ้นรูปเริ่มต้นของจักรวาลเพื่อผลิตจำนวนของควอซาร์ที่เราเห็นในช่วงต้นจักรวาล ขณะที่รายละเอียดยังคงต้องแยกออกดูเหมือนว่าเป็นการเริ่มต้นที่สดใส

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เท่าที่เราสามารถบอกเกือบทุกดาราจักรนั้นมีหลุมดำยักษ์ที่หลักของ และเมื่อหลุมดำเหล่านี้อย่าง ingesting ขึ้น พวกเขาสร้าง ควอซาร์ วัตถุที่เราเคยพบ ควอซาร์ปรากฏอยู่ในบางส่วนของกาแล็กซีแรกเราสามารถตรวจจับ เมื่อจักรวาลเป็นเพียงหกเปอร์เซ็นต์ของอายุปัจจุบันของ

มันมีปัญหานิดหน่อยรังสีหลุมดำปล่อยในขณะที่กลืนเรื่องที่ขีด จำกัด ความเร็วบนยอดของเรื่องมันก็กินเข้าไป ขณะนี้เรายังไม่รู้ว่าหลุมดำมีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะให้พลังงานเควซาร์ไม่ถึงพันล้านปีหลังจากกำเนิดของจักรวาลแต่กระดาษจากสัปดาห์สุดท้ายของรุ่นของวิทยาศาสตร์ ชี้ให้เห็นว่าดาว ปัจจุบันหลักของดาราจักรที่อาจก่อให้เกิดความไม่แน่นอนว่าแรงโน้มถ่วงให้หลุมดำเอาชนะความเร็วในการเติบโตของ

หลุมดำมีชื่อเสียง มีจุดของกลับไม่มีระยะทางที่โฟตอนไม่สามารถหนีวาดแรงโน้มถ่วงของพวกเขา แต่พ้นจากจุดนั้นการ infalling เรื่องสามารถสร้างสิ่งที่เรียกว่าการก่อตัวของดิสก์ ซึ่งติดต่อกับเขตเข้มแม่เหล็กและแรงโน้มถ่วงส่งปริมาณมากของสสารและพลังงานที่ไหลออกมาจากหลุมดำ .

โฟตอนที่ผลิตโดย infalling สสารเป็นสิ่งที่การตั้งค่าความเร็วในหลุมดำของการรับประทานอาหาร ที่เป็นจุดที่เรียกว่า เ ดดิงตัน จำกัดออกแรงโดยแรงดันจากรังสีโฟตอนเหล่านี้จะกลายเป็นมากกว่าดึงของแรงโน้มถ่วง นี้จะสร้างสมดุล : สารมากเกินไป และหลุมดำตัดแหล่งอาหารของตัวเองจนขาด infalling เรื่องสาเหตุความดันรังสีเบาบาง

เ ดดิงตัน จำกัด ทำให้เป็นปริศนาแหล่งกำเนิด .มันบอกเราว่า หลุมดำน่าจะใช้เวลาไม่นานเพียงพอระดับมวลพลังงานควอซาร์ . แต่สังเกตบอกควอซาร์เหล่านั้นมี ดังนั้นสิ่งที่ผิดปกติจะต้องขึ้น

นักวิจัยได้พิจารณาหลายวิธีที่เป็นไปได้ที่เร็วที่สุดหลุมดำสามารถเติบโตได้อย่างรวดเร็วบางสิ่งที่พวกเขาได้พิจารณารวมถึงการล่มสลายของเมฆของก๊าซขนาดใหญ่โดยตรง โดยไม่ต้องเป็นดาวเป็นครั้งแรก หรือการควบรวมกิจการขนาดใหญ่หลายดาวเพื่อสร้างเดียวขนาดใหญ่ผิดปกติ หลุมดำ แต่กระดาษใหม่ชี้ให้เห็นว่า เ ดดิงตัน จำกัด สามารถ sidestepped หากคุณจัดการเพื่อกำจัดการเพิ่มดิสก์ .

ผู้เขียนได้ทราบว่า รูปแบบของการล่มสลายเร็วของกาแล็กซีแนะนำกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการไหลของจำนวนมากของก๊าซเย็นในแกนกลางดาราจักร ดังนั้น พวกเขาผลิตความละเอียดสูงรูปแบบของสิ่งที่เกิดขึ้นกับก๊าซเมื่อได้รับมี รูปแบบของพวกเขารวมประชากรขนาดใหญ่ของที่มีอยู่ ดาวขนาดใหญ่ในแกน , พร้อมกับ เดียวต่ำมวลหลุมดำจากนั้นพวกเขาติดตามพลวัตของสิ่งทั้งหมด เห็นวิธีการไหลของก๊าซเย็นปฎิสัมพันธ์กับดาวและหลุมดำในจักรวาลหลัก

การเกี่ยวข้องกับคณิตศาสตร์มาก แต่บางอย่างที่น่าสนใจข้อเท็จจริง ตัวอย่างเช่น แรงดันการแผ่รังสีจากใกล้หลุมดำที่น้อยกว่าที่คุณอาจคาดหวังจากการคำนวณอย่างง่ายเพราะขึ้นหนาทึบจนบาง photons ดูดซึมและออกมาหลาย ๆครั้ง ขณะ ที่ เกิด ขึ้น บางเรื่องได้รับการ swept ผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์ สละโฟตอนด้วย

สิ่งที่พวกเขาพบก็คือ เมื่อมีการเพิ่มดิสก์รูปแบบ , ดดิงตัน จำกัด จะออกฤทธิ์แต่หลุมดำแรงโน้มถ่วงของดาวที่มีขนาดใหญ่ที่หลักของ Galaxy เป็นประจำ รบกวนใช้ดิสก์ในความเป็นจริงจนกว่ามันเติบโตเหนือมวลบางหลุมดำปิงผ่องรอบแกนกลางของดาราจักร เนื่องจากการปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงเหล่านี้ กับการเพิ่มดิสก์หยุดชะงักการ inflowing แก๊สหัวโดยตรงเข้าไปในหลุมดำโดยไม่ใส่ใจกับเ ดดิงตันจำกัด

กระบวนการนี้ไม่ได้รับหลุมดำขึ้นให้เต็มขนาดต้องการพลังเตาถ่าน แต่ไม่อนุญาตให้รับการขนาดใหญ่มากอย่างรวดเร็ว จากนั้นสิ่งที่ได้รับบิตที่ซับซ้อนผู้เขียนยอมรับว่า " มันเป็นเรื่องยากมากที่จะทำนายตนเองอย่างต่อเนื่องวิวัฒนาการร่วมที่ตามมาของ BH [ หลุมดำ ] และกลุ่ม " ที่จุดที่ แต่พวกเขากล่าวว่าคุณต้องการที่จะทำงานในน้อยกว่าห้าเปอร์เซ็นต์ของดาวเริ่มต้นสร้างดินแดนของจักรวาล เพื่อสร้างหมายเลขของควอซาร์เราเห็นในจักรวาลก่อนในขณะที่รายละเอียดยังต้องถูกแยกออก มันดูเหมือนเริ่มมีความหวัง