據外媒報道，根據一項新的模擬，星系的旋臂負責收集氣體以供給它們的中央超大質量黑洞。該模擬始於美國西北大學，是第一個非常詳細地顯示氣體如何在宇宙中一直流向超大質量黑洞的中心。雖然其他模擬已經模擬了黑洞的生長，但這是第一個強大到足以全面說明超大質量黑洞演變過程中的眾多力量和因素的單一計算機模擬。
該模擬還為類星體的神秘性質提供了罕見的洞察力，類星體是令人難以置信的發光、快速增長的黑洞。類星體是宇宙中最明亮的天體之一，它甚至經常比整個星系都要亮。
西北大學的Claude-André Faucher-Giguère是這項研究的資深作者之一，他說：“我們從遙遠的類星體觀察到的光線是由氣體落入超大質量黑洞並在此過程中被加熱而產生的。我們的模擬顯示，星繫結構，如旋臂，利用引力來‘踩剎車’，否則氣體將永遠圍繞星系中心運行。這種‘剎車’機制使氣體轉而落入黑洞，而引力‘剎車’足以解釋我們觀察到的類星體。”
該研究於2021年8月17日發表在《天體物理學雜誌》上。
Faucher-Giguère是西北大學溫伯格文理學院的物理學和天文學副教授，也是天體物理學跨學科探索與研究中心（CIERA）的成員。康涅狄格大學的副教授、Faucher-Giguère小組的前CIERA研究員Daniel Anglés-Alcázar是該論文的第一作者。
超大質量黑洞的質量相當於數百萬甚至數十億個太陽的質量，其可以在短短一年內吞噬10倍於一個太陽的質量。但是，當一些超大質量黑洞享受着持續的“食物供應”時，其他的黑洞卻休眠了數百萬年，只是在偶然的氣體湧入下“突然蘇醒”。關於氣體如何在宇宙中流動以供給超大質量黑洞的細節一直是一個長期存在的問題。
為了解開這個謎團，研究小組開發了新的模擬，它將許多關鍵的物理過程–包括宇宙的膨脹和大尺度的星系環境、重力氣體流體力學和大質量恆星的反饋–納入一個模型。
Anglés-Alcázar說：“超新星等強大的事件向周圍的介質注入了大量的能量，這影響了星系的演化過程。因此，我們需要將所有這些細節和物理過程納入其中，以捕捉一個準確的畫面。”
在FIRE（”現實環境中的反饋”）項目以前的工作基礎上，新技術大大增加了模型的分辨率，並允許跟蹤氣體在星系中流動，其分辨率比以前好1000多倍。
Anglés-Alcázar說：“其他模型可以告訴你很多關於非常接近黑洞所發生的事情的細節，但是它們不包含關於星系其他部分正在做什麼的信息，甚至不包含關於星系周圍環境正在做什麼的信息。事實證明，同時連接所有這些過程是非常重要的。”
“超大質量黑洞的存在本身就相當驚人，然而對於它們是如何形成的卻沒有共識，”Faucher-Giguère說。“超大質量黑洞如此難以解釋的原因是，形成它們需要將大量的物質塞進一個微小的空間。宇宙是如何做到這一點的？直到現在，理論家們開發的解釋是依靠拼湊不同的想法，即星系中的物質如何被塞進星系最裡面的百萬分之一大小。”
有了新的模擬，研究人員終於可以模擬這種情況是如何發生的。例如，新的模擬將幫助研究人員了解我們自己的銀河系中心的超大質量黑洞的起源，以及Messier 87星系中心的超大質量黑洞，該星系在2019年被事件視界望遠鏡拍攝到。接下來，研究人員的目標是研究大型的星系統計種群及其中心黑洞，以更好地了解黑洞如何在各種條件下形成和成長。