С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба международная группа ученых под руководством Кембриджского университета подтвердила, что сверхмассивные черные дыры могут лишать галактики-хозяева газа, необходимого для формирования новых звезд. Это явление, о котором давно выдвигались гипотезы, удалось четко наблюдать благодаря необычным возможностям «Уэбба».
Для исследования ученые изучили галактику размером с Млечный Путь, относящуюся к ранней Вселенной, примерно через 2 миллиарда лет после Большого взрыва. Галактика, получившая название GS-10578 и прозванная «галактика Пабло», содержит сверхмассивную черную дыру в своем центре, что является обычным признаком крупных галактик. Однако уникальность этой галактики заключается в том, что, несмотря на значительную массу, в ней почти полностью прекратилось образование новых звезд, то есть это фактически «мертвая» галактика.
Ученые подозревали, что за эту остановку ответственна центральная чёрная дыра, но у них никогда не было инструментов, чтобы напрямую подтвердить эту связь. Благодаря JWST удалось детально проанализировать галактику и выяснить, что газовые ветры, выбрасываемые черной дырой, на самом деле лишают галактику материала, необходимого для звездообразования.
Сверхмассивные черные дыры: молчаливые гиганты в центре галактик
Считается, что сверхмассивные черные дыры находятся в центральных ядрах большинства галактик. В том числе и в нашем Млечном Пути, в центре которого находится Стрелец А*.
Имея массу, в миллионы и миллиарды раз превышающую массу Солнца, эти гравитационные гиганты не излучают собственного света, но их влияние очень велико. Когда газ и окружающая материя притягиваются к черной дыре, они могут нагреваться до экстремальных температур, испуская интенсивное излучение и создавая струи высокоэнергетических частиц, называемые релятивистскими джетами. Эти струи могут простираться на тысячи световых лет и оказывать значительное влияние на окружающую среду.
Иллюстрация релятивистской струи, испускаемой черной дырой.
Предыдущие исследования показали, что черные дыры могут нарушать процесс звездообразования в галактиках-хозяевах, выбрасывая газ, необходимый для образования новых звезд. Однако прямые наблюдения этого процесса были ограничены. Моделирование и теоретические модели указывали на то, что этот процесс может быть бурным и разрушительным, вызывая рассеивание газа и деформируя структуру галактики.
Галактика Пабло «мертва» из-за своей центральной черной дыры
Галактика Пабло расположена на расстоянии около 12 миллиардов световых лет от Земли. Она отличается исключительной массой и тем, что большинство ее звезд образовались между 12,5 и 11,5 миллиарда лет назад, когда большинство галактик еще активно производили новые звезды.
Несмотря на свой возраст и массу, GS-10578 перестала образовывать звезды, что делает ее «мертвой» галактикой. С помощью телескопа JWST исследователи обнаружили газовые ветры, движущиеся с невероятной скоростью — около 1000 км/с, достаточной для того, чтобы избежать гравитации самой галактики. Эти ветры вызваны активностью черной дыры в центре галактики, которая, увеличивая количество материи, генерирует струи горячего светящегося газа.
Однако благодаря чувствительности JWST был обнаружен новый компонент этих ветров: более холодный и плотный газ, не видимый предыдущими телескопами. Этот холодный газ, необходимый для звездообразования, выбрасывается из галактики, препятствуя рождению новых звезд.
По сути, чёрная дыра «морит» галактику голодом, лишая ее топлива, необходимого для дальнейшего формирования звезд. Это открытие представляет собой прямое доказательство связи между сверхмассивными черными дырами и остановкой звездообразования.
Последствия для эволюции галактик
Это открытие открывает новые перспективы в понимании эволюции галактик. До сих пор считалось, что сверхмассивные черные дыры оказывают разрушительное воздействие на галактики-хозяева, деформируя их структуру и насильственно нарушая звездообразование. Однако GS-10578 демонстрирует, что этот процесс может происходить более постепенно и упорядоченно, сохраняя структуру галактики нетронутой. Это позволяет предположить, что не все умирающие галактики подвергаются радикальным трансформациям под воздействием центральной черной дыры.
Кроме того, способность «Джеймса Уэбба» обнаруживать холодный, невидимый газ открывает новые возможности для изучения «мертвых» галактик в ранней Вселенной. Понимание того, как и когда эти галактики перестают образовывать звезды, крайне важно для понимания эволюции галактик и взаимодействия между черными дырами и окружающим газом.
Будущие наблюдения с помощью Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) позволят глубже изучить состав холодного газа в GS-10578 и определить, существуют ли еще в галактике скрытые запасы звездного топлива.
С исследованием, опубликованным в журнале Nature Astronomy, можно ознакомиться здесь.
