Астрономы обнаружили, как черная дыра «морит голодом» галактику-хозяина

Астрономы с помощью космического телескопа NASA/ESA James Webb подтвердили, что сверхмассивные черные дыры могут лишать галактики-хозяева топлива, необходимого им для образования новых звезд. О результатах исследования сообщается в журнале Nature Astronomy.

Международная команда под руководством Кембриджского университета наблюдала с помощью «Вебба» галактику размером примерно с Млечный Путь в ранней Вселенной, примерно через два миллиарда лет после Большого взрыва. Как и большинство крупных галактик, она имеет сверхмассивную черную дыру в своем центре. Однако эта галактика, по сути, «мертва»: в ней практически перестали образовываться новые звезды.

«Основываясь на более ранних наблюдениях, мы знали, что эта галактика находится в состоянии затухания: она не образует много звезд, учитывая ее размер, и мы предполагаем, что существует связь между черной дырой и окончанием звездообразования», — сказал соавтор исследования доктор Франческо Д’Эудженио из Кембриджского института космологии имени Кавли.

«Однако до Уэбба нам не удалось изучить эту галактику достаточно подробно, чтобы подтвердить эту связь, и мы не знали, является ли это затухающее состояние временным или постоянным».

Эта галактика, получившая официальное название GS-10578, но прозванная «Галактикой Пабло» в честь коллеги, который решил подробно наблюдать за ней, является массивной для столь раннего периода существования Вселенной: ее общая масса примерно в 200 миллиардов раз превышает массу нашего Солнца, а большинство ее звезд образовались между 12,5 и 11,5 миллиардами лет назад.

«В ранней Вселенной большинство галактик формируют большое количество звезд, поэтому интересно увидеть такую массивную мертвую галактику в этот период времени», — говорит соавтор исследования профессор Роберто Майолино, также сотрудник Института космологии Кавли. «Если у нее было достаточно времени, чтобы достичь таких массивных размеров, то процесс, который остановил звездообразование, скорее всего, произошел относительно быстро».

С помощью «Уэбба» исследователи обнаружили, что эта галактика выбрасывает большое количество газа со скоростью около 1 000 километров в секунду, что достаточно быстро, чтобы избежать гравитационного притяжения галактики. Эти быстро движущиеся ветры «выталкиваются» из галактики черной дырой.

Как и другие галактики с аккрецирующими черными дырами, «Галактика Пабло» обладает быстрыми ветрами горячего газа, но эти газовые облака непрочны и имеют небольшую массу. Вебб обнаружил присутствие нового компонента ветра, который не был виден с помощью более ранних телескопов. Этот газ холоднее, а значит, плотнее и, что особенно важно, не излучает свет. Благодаря своей высокой чувствительности «Уэбб» может видеть эти темные газовые облака, потому что они блокируют часть света от галактики, расположенной за ними.

Масса газа, выбрасываемого из галактики, больше, чем требуется галактике для продолжения формирования новых звезд. По сути, черная дыра морит галактику голодом.

«Мы нашли виновника», — сказал Д’Эудженио. Черная дыра убивает эту галактику и поддерживает ее в спящем состоянии, отрезая источник «пищи», необходимой галактике для формирования новых звезд».

Хотя более ранние теоретические модели предсказывали, что черные дыры оказывают такое влияние на галактики, до Уэбба не удавалось обнаружить этот эффект напрямую.

Более ранние модели предсказывали, что конец звездообразования оказывает бурное, турбулентное воздействие на галактики, разрушая их форму в процессе. Но звезды в этой дискообразной галактике по-прежнему движутся упорядоченно, что говорит о том, что это не всегда так.

Мы знали, что черные дыры оказывают огромное влияние на галактики и, возможно, часто останавливают звездообразование, но до «Уэбба» мы не могли напрямую подтвердить это», — говорит Майолино. Это еще один пример того, что «Уэбб» — гигантский скачок вперед с точки зрения нашей способности изучать раннюю Вселенную и то, как она развивалась».

Новые наблюдения с помощью Atacama Large Millimeter-Submillimiter Array (ALMA), направленные на самые холодные и темные газовые компоненты галактики, расскажут нам больше о том, есть ли в этой галактике топливо для звездообразования и где оно еще скрывается, а также о влиянии сверхмассивной черной дыры в регионе, окружающем галактику.

Следующие шаги в исследовании, проведенном с помощью телескопа «Уэбб», направлены на более глубокое понимание механизма взаимодействия черной дыры и галактики. Команда ученых планирует использовать данные ALMA для исследования холодных газовых облаков, которые могут содержать необходимые ресурсы для звездообразования. Это позволит выяснить, способна ли «Галактика Пабло» восстановить свои ресурсы для формирования новых звезд или она навсегда останется в состоянии стагнации.

Также изучение вещественной природы этих холодных компонентов газа может пролить свет на динамику звездообразования в других галактиках, что может изменить наши представления о процессе галактической эволюции. Учет влияния потока газа и аккрецирующих черных дыр на структурное развитие галактик будет иметь большое значение для астрономов, которые пытаются понять, как именно формируются галактики в ранней Вселенной.

Это исследование подчеркивает важность телескопа «Уэбб» не только как инструмента для наблюдения, но и как ключевого элемента в открытии новых астрономических явлений, которые ранее оставались незамеченными. Оно открывает новые горизонты для научного сообщества, что в свою очередь может привести к переосмыслению теоретических моделей галактической эволюции.