Астрономи за допомогою космічного телескопа “Джеймс Вебб” підтвердили, що надмасивні чорні діри можуть зупиняти зореутворення в галактиках, виштовхуючи газ, необхідний для формування нових зірок.
Астрономи використали космічний телескоп НАСА/ЄКА “Джеймс Вебб”, щоб підтвердити, що надмасивні чорні діри можуть позбавляти галактики, в яких вони знаходяться, палива, необхідного для утворення нових зірок. Міжнародна команда під керівництвом Кембриджського університету використовувала телескоп “Вебб” для спостереження за галактикою розміром приблизно з Чумацький Шлях у ранньому Всесвіті, приблизно через два мільярди років після Великого вибуху. Як і більшість великих галактик, вона має надмасивну чорну діру в центрі. Однак ця галактика, по суті, “мертва”: вона майже перестала утворювати нові зорі.
Чорні діри, які знаходяться в центрах більшості масивних галактик, відіграють значну роль в еволюції цих систем. Вчені з Кембриджського університету провели дослідження галактики в ранньому Всесвіті, приблизно через два мільярди років після Великого Вибуху, за допомогою космічного телескопа “Джеймс Вебб”. Галактика GS-10578, також відома як “Галактика Пабло”, виявилася майже “мертвою” — вона практично перестала утворювати нові зорі, що викликало здивування серед астрономів, адже зазвичай у ранньому Всесвіті більшість галактик активно формували зірки.
Пояснення цього явища дослідники знайшли в роботі надмасивної чорної діри в центрі галактики, яка впливає на динаміку газових потоків. Спостереження показали, що чорна діра викидає холодний газ з галактики зі швидкістю близько 1000 км/с, що перевищує гравітаційне тяжіння галактики, через що газ більше не може повертатися й підтримувати процес зореутворення. Цей викид газу діє як механізм, що “морить голодом” галактику, перешкоджаючи її здатності продовжувати формувати нові зорі.
До появи “Вебба” дослідники вже підозрювали, що надмасивні чорні діри можуть пригнічувати зореутворення, але не було можливості точно підтвердити цей процес. Раніші моделі передбачали, що чорні діри можуть генерувати потужні вихрові вітри гарячого газу, але цей газ був відносно рідким і важким для детального спостереження. “Вебб” дозволив виявити ще один компонент цього вітру — холодний і щільний газ, який не випромінює світла й раніше був невидимим для інших телескопів.
Маса викинутого газу виявилася значно більшою, ніж та кількість, яка необхідна для продовження формування зірок у галактиці. Цей процес є підтвердженням теорії, згідно з якою надмасивні чорні діри відіграють ключову роль у зупиненні зореутворення в масивних галактиках, блокуючи доступ до палива, необхідного для нових зоряних утворень. Це явище має довготривалий ефект і може пояснити, чому деякі галактики в ранньому Всесвіті перестали формувати зірки так швидко.
Однією з цікавих особливостей “Галактики Пабло” є те, що, незважаючи на припинення зореутворення, її структура залишилася стабільною. Більшість зірок у цій галактиці все ще рухаються впорядковано, що суперечить попереднім моделям, які передбачали, що припинення зореутворення під впливом чорної діри повинно руйнувати структуру галактики. Це відкриття показує, що навіть за умови припинення зореутворення чорна діра не завжди руйнує форму галактики, що вимагає перегляду існуючих уявлень про еволюцію галактик.
Галактика GS-10578 є особливо масивною для свого віку. Її загальна маса приблизно у 200 мільярдів разів більша за масу Сонця, і більшість її зірок сформувалися впродовж відносно короткого періоду часу — від 12,5 до 11,5 мільярда років тому. Це свідчить про те, що процеси, які призвели до припинення зореутворення, відбулися дуже швидко.
Подальші спостереження за допомогою Атакамського великого міліметрового/субміліметрового телескопа (ALMA) допоможуть глибше дослідити процеси, що відбуваються в таких галактиках, і з’ясувати, чи залишився в них хоч якийсь холодний газ, здатний підтримувати зореутворення. ALMA дозволить вивчити найхолодніші компоненти газу в галактиці та з’ясувати, як надмасивні чорні діри впливають на еволюцію галактик і їхню здатність формувати нові зорі.
Це дослідження підтверджує, що надмасивні чорні діри є вирішальними агентами в регулюванні життєвого циклу галактик, і їхній вплив на процеси зореутворення є значно складнішим, ніж вважалося раніше. Чутливість і потужність космічного телескопа “Джеймс Вебб” відкривають нові можливості для розуміння складної динаміки раннього Всесвіту та механізмів, які керують еволюцією галактик.