Med hjälp av datorsimuleringar undersökte ett team av forskare ledda av forskare vid University of Cambridge hur supermassiva svarta hål växte snabbt under universums tidiga skeden, när de första stjärnorna och galaxerna började bildas. De simulerade förhållandena i det tidiga universum, med fokus på växelverkan mellan mörk materia, gas och svarta hål.
Simuleringarna visade att de första kvasarerna bildades av orörd gas i en process som kallas "kalltillväxt". I kall ansamling kyls gas ner när den faller ner i ett supermassivt svart hål och bildar en tät skiva av gas runt det svarta hålet. Denna skiva blir instabil och splittras, vilket leder till bildandet av massiva gasklumpar som ytterligare kollapsar under deras gravitation.
När dessa gasklumpar faller mot det svarta hålet värms de upp på grund av friktion och frigör enorma mängder energi i form av strålning, vilket skapar en kvasar. Energiproduktionen från dessa kvasarer är så kraftfull att den kan överglänsa hela galaxer.
Forskarna fann att bildandet av de första kvasarerna påverkades av flera faktorer, inklusive massan av det supermassiva svarta hålet, mängden gas tillgänglig för ansamling och tätheten av mörk materia i den omgivande regionen. De visade att kombinationen av dessa faktorer skapade gynnsamma förutsättningar för snabb tillväxt av supermassiva svarta hål och bildandet av kvasarer i det tidiga universum.
Studien tyder också på att de första kvasarerna kan spela en viktig roll i universums utveckling och jonisering. Den intensiva strålningen som sänds ut av kvasarer kan värma och jonisera den omgivande gasen, vilket bidrar till joniseringen av det intergalaktiska mediet (IGM) och bildandet av de första stjärnorna och galaxerna.
Dr. Yuval Birnboim, från Institute of Astronomy i Cambridge och huvudförfattaren till studien, sa:"Våra simuleringar ger en lockande inblick i den kosmiska gryningen, när de första kvasarerna upplyste universum. Att förstå bildandet av dessa kraftfulla objekt är avgörande för att reda ut mysterierna med galaxbildning och det tidiga universum."
Genom att avslöja bildningsmekanismen för de första kvasarerna har forskargruppen gett värdefulla insikter om universums tidiga stadier och utvecklingen av supermassiva svarta hål. Fynden fördjupar vår förståelse av de komplexa processer som formade universum vi observerar idag.
