Новое исследование показывает, как галактики избегают ранней смерти

Новое исследование предполагает, что галактики избегают ранней смерти, поскольку у них есть «сердце и легкие», которые эффективно регулируют их «дыхание» и не дают им бесконтрольно разрастаться.

Если бы они этого не делали, Вселенная старела бы гораздо быстрее, чем сейчас, и все, что мы видели бы сегодня, — это огромные «зомби»-галактики, кишащие мертвыми и умирающими звездами.

Это новое исследование опубликовано в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического обществав котором исследуется одна из величайших загадок Вселенной — почему галактики не такие большие, как ожидали бы астрономы.

Что-то, по-видимому, душит их огромный потенциал, ограничивая количество газа, которое они поглощают для превращения в звезды, а это означает, что вместо бесконечного роста что-то внутри сопротивляется тому, что считалось неизбежным притяжением гравитации.

Теперь астрофизики из Кентского университета считают, что они, возможно, раскрыли секрет. Они предполагают, что галактики на самом деле могут контролировать скорость своего роста посредством того, как они «дышат».

В своей аналогии исследователи сравнили сверхмассивную черную дыру в центре галактики с ее сердцем и двумя биполярными сверхзвуковыми струями газа и излучения, которые они испускают в дыхательные пути, питающие пару легких, памятник из мрамора.

Импульсы из черной дыры — или «сердца» — могут привести к возникновению фронтов ударной струи, колеблющихся вперед и назад вдоль обеих осей струи, подобно тому, как грудная диафрагма в организме человека движется вверх и вниз внутри грудной полости, наполняя и сдувая оба легких.

Это может привести к тому, что энергия струй будет широко передаваться в окружающую среду, подобно тому, как мы выдыхаем теплый воздух, что приведет к замедлению аккреции и роста галактического газа.

Аспирант Карл Ричардс выдвинул эту теорию после создания новых, ранее не применявшихся моделей для изучения роли сверхзвуковых струй в сдерживании роста галактик.

Они включали в себя возможность пульсации «сердца» черной дыры и высокое давление струй — очень похожее на форму гипертонии, если продолжить сравнение с человеческим телом. Это заставляло струи «вести себя как мехи», сказал он, посылая звуковые волны «как рябь на поверхности пруда».

Это явление похоже на земной эквивалент звука и ударных волн, возникающих при открывании бутылки шампанского, визге автомобиля, выхлопах ракет и проколе герметизированных корпусов.

«Мы поняли, что струи должны каким-то образом поддерживать тело — окружающий газ галактики — и именно это мы обнаружили в ходе компьютерного моделирования», — сказал Ричардс.

«Неожиданное поведение было обнаружено, когда мы проанализировали компьютерное моделирование высокого давления и позволили сердцу пульсировать. Это послало поток импульсов в струи высокого давления, заставив их изменить форму в результате сильфонного действия колеблющихся ударных фронтов струй».

По словам исследователей, эти струи избыточного давления эффективно расширялись «как легкие, наполненные воздухом».

При этом они передавали звуковые волны в окружающую галактику в виде серии колебаний давления, которые, как было показано, подавляли рост галактики.

Имеются некоторые свидетельства наличия ряби во внегалактических средах, например, той, что наблюдается в соседнем скоплении галактик Персей, связанном с огромными пузырями горячего газа, которые, как полагают, являются примерами звуковых волн.

Считалось, что эти колебания отвечают за поддержание окружающей среды вокруг галактики, хотя механизм их генерации отсутствовал.

Таким образом, традиционные космологические модели не способны объяснить поток газа в галактики, что приводит к одной из величайших загадок Вселенной, поэтому они полагаются на высокоактивную черную дыру в центре галактики, которая обеспечивает некоторое сопротивление.

«Однако сделать это непросто, и у нас есть ограничения по типу пульсации, размеру черной дыры и качеству легких», — сказал соавтор профессор Майкл Смит. «Слишком быстрое или слишком медленное дыхание не обеспечит живительных толчков, необходимых для поддержания галактической среды и, в то же время, снабжения сердца топливом».

Исследователи пришли к выводу, что продолжительность жизни галактики может быть продлена с помощью ее «сердца и легких», где сверхмассивный двигатель черной дыры в ее ядре помогает сдерживать рост, ограничивая количество газа, коллапсирующего в звезды на ранней стадии.

По их словам, это помогло создать галактики, которые мы видим сегодня.

Без такого механизма галактики к настоящему времени исчерпали бы свое топливо и вымерли, как это происходит с некоторыми галактиками в форме «красных и мертвых» или «зомби».