珍しいトリプル クエーサーは、宇宙で最も重い天体の 1 つです。

超大質量ブラックホールは、宇宙で最も重い天体です。 その質量は、数百万、数十億の太陽質量に達する可能性があります。 Texas Advanced Computing Center (TACC) の Frontera スーパーコンピューターでのスーパーコンピューター シミュレーションは、天体物理学者が約 110 億年前に形成された超大質量ブラック ホールの起源を明らかにするのに役立ちました。

スミソニアン天体物理学研究所のポスドク研究員である Yuying Ni 氏は、次のように述べています。

Ni は、 天体物理ジャーナルレター 2022 年 12 月、超大質量ブラック ホールは、三元系クエーサー (ガスとダストに照らされた 3 つの銀河核のシステム) の合体から形成され、介在する超大質量ブラック ホールに落下したことが判明しました。

この計算シミュレーションは、望遠鏡のデータと連携して動作し、天体物理学者が星やブラック ホールなどのエキゾチックな物体の起源の欠けている部分を埋めるのに役立ちます。

これは、これまでで最大の宇宙シミュレーションの 1 つと呼ばれています。 アストリッドNiが共同開発。 これは、銀河形成シミュレーションの分野で、粒子サイズまたはメモリ負荷の点で最大のシミュレーションです。

彼女は、「アストリッドの科学的目標は、銀河の形成、超大質量ブラック ホールの合体、および宇宙史における再電離を研究することです」と説明しました。 アストリッドは、数億光年に及ぶ宇宙の大部分をモデル化していますが、非常に高い解像度まで拡大できます。

Ni Astrid が Texas Advanced Computing Center (TACC) の Frontera スーパーコンピューターを使用して開発した、米国で最も強力な学術用スーパーコンピューターです。

Fronteraは私たちが行った唯一のシステムです [in] 初日からアストリッド。 これは Frontera に基づく純粋なシミュレーションです」と Ni 氏は続けました。

Frontera は Ni の Astrid シミュレーションに最適です。その理由は、数千の計算ノードと、科学で最も困難な計算操作のいくつかのために一緒に利用されるプロセッサとメモリの個々の物理システムを必要とする大規模なアプリケーションをサポートできるからです。

「これらのシミュレーションを定期的に起動するために、大きなキューで許可されている最大数である 2048 ノードを使用しました。これは、Frontera のような大規模なスーパーコンピューターでのみ可能です」と Ni 氏は述べています。

アストリッドのシミュレーションから得られた私の調査結果は、まったく気が遠くなるようなことを示しています。ブラック ホールの形成は、理論上の上限である 100 億太陽質量に達する可能性があります。 「これは非常に難しい計算作業です。しかし、大規模なシミュレーションでのみ、これらの希少で極端なオブジェクトをキャプチャできます」と Ni 氏は述べています。

「私たちが発見したのは、宇宙の正午に質量が集まった3つの超大質量ブラックホールであり、これは110億年前の星形成、活動銀河核（AGN）、および超大質量ブラックホール全般が活動のピークに達した時期です」と彼は付け加えました。 .

宇宙のすべての星の約半分は、宇宙の正午に生まれました。 この証拠は、グレート オブザベーションズ オリジンズ ディープ サーベイなど、いくつかの銀河サーベイからの多波長データから得られます。このサーベイでは、遠方の銀河からのスペクトルから、星の年齢、星の形成履歴、および星内の化学元素がわかります。

「この時代に、3 つの大規模な銀河が激しく比較的急速に合体していることが検出されました」と Ni 氏は述べています。 「各銀河の質量は私たちの天の川銀河の 10 倍であり、各銀河の中心には超大質量ブラック ホールがあります。私たちの調査結果は、これらのトリプル クェーサー システムがそれらのまれな超大質量ブラック ホールの祖先である可能性を示しています。これら3つが相互作用した後、重力が作用し、互いに融合します。

さらに、宇宙正午の銀河の新しい観測は、超大質量ブラックホールの合体と超大質量ホールの形成を明らかにするのに役立ちます。 データは現在、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) からストリーミングされており、銀河の形状の高解像度の詳細が含まれています。

「私たちは、アストリッド シミュレーションからの JWST データからのフィードバックのモデルに従っています」と Ni 氏は述べています。

「さらに、NASA のレーザー干渉計宇宙望遠鏡 (LISA) 観測所は、これらの大規模なブラック ホールがどのように融合および/または融合するか、また宇宙の歴史の過程での階層構造、構成、および銀河の融合をよりよく理解するのに役立ちます。」 「これは天体物理学者にとってエキサイティングな時期であり、これらの観測の理論的予測を可能にするシミュレーションがあるのは良いことです。」

Ni 研究グループは、銀河全般のホスト AGN を体系的に研究することも計画しています。 「これは、AGN のホスト銀河がどのように見え、宇宙の正午に広大な銀河集団と比較してどのように異なるかを決定するため、JWST にとって非常に重要な科学的目的です」と彼女は付け加えました。

「宇宙の一帯を非常に詳細にモデル化し、観測から予測を行うことを可能にする技術であるスーパーコンピューターにアクセスできることは素晴らしいことです」と Ni 氏は述べています。