Новое исследование показывает, как сверхмассивные черные дыры останавливают звездообразование, проливая свет на эволюцию галактик в ранней Вселенной. Автор: Маккензи Уайт | Опубликовано: 15 ноября 2024 г.
Галактика Пабло — это далекая галактика в ранней Вселенной, центральная сверхмассивная черная дыра которой лишает ее газа, необходимого для создания новых звезд. Кредит: JADES Collaboration <стр>Астроном Франческо Д’Эухенио не искал убитую галактику. <стр>Его команда отправилась измерять движения звезд в далекой галактике и понимать, почему они кажутся такими старыми. Подобные массивные галактики в ранней Вселенной обычно были полны нового звездообразования, и Д’Эухенио, ученый из Института космологии Кавли в Кембридже, задался вопросом, не может ли пыль скрывать молодые звезды от наблюдения.
Вместо этого они обнаружили, что молодые звезды полностью отсутствуют. Галактика закрылась.
Их выводы, опубликованные в Nature Astronomy 16 сентября, предоставляют прямые доказательства того, что черная дыра лишает свою галактику газа, необходимого для формирования новых звезд, что подтверждает давно выдвинутую теорию, но неуловимый механизм гибели галактики.
Вглядываясь в прошлое
Используя данные космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), Д’Эухенио и международная группа астрономов наблюдали Галактику Пабло — массивную, далекую систему размером с Млечный Путь, которая чрезвычайно компактна и имеет массу, примерно в 200 миллиардов раз превышающую массу нашей Вс. <п>Астрономы могут заглянуть в раннюю вселенную, изучая свет от далеких галактик. По мере расширения вселенной свет от этих галактик растягивается, смещаясь к красному концу спектра в явлении, известном как красное смещение. Галактика Пабло имеет красное смещение около 3, что означает, что на Земле мы видим ее такой, какой она была примерно 11,7 миллиарда лет назад, когда вселенной было всего 2 миллиарда лет, а звездообразование было на пике.
«Можно с уверенностью сказать, что этот свет старше Солнца и Земли», — говорит Д’Эухенио.
В центре Галактики Пабло находится ее сверхмассивная черная дыра. Когда такие черные дыры становятся активными, они могут высвобождать огромное количество излучения и мощных ветров, которые меняют форму их галактики. В Галактике Пабло исследователи обнаружили, что ее черная дыра выбрасывает холодный темный газ со скоростью до 620 миль (1000 километров) в секунду, выдувая ее из гравитационного охвата галактики. Без этого газа галактика не может образовывать новые звезды — состояние, которое ученые называют «закалкой».
«Мы знали, что есть черная дыра, но мы не ожидали, что она окажет такое огромное влияние на галактику такого размера и с такими свойствами», — говорит Д’Эухенио.
Благодаря своей повышенной чувствительности и разрешению в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне JWST позволил исследователям наблюдать этот процесс гашения в беспрецедентных подробностях. Телескоп выявил новый компонент ветра черной дыры: плотный, холодный газ, который не излучает свет, что делает его невидимым для предыдущих инструментов. JWST может обнаружить эти темные газовые облака, наблюдая, как они блокируют часть света галактики позади себя, предлагая новые идеи о том, как черные дыры выбрасывают звездообразующий материал — ключ к пониманию жизненных циклов галактик по всему космосу.
Временная судьба?
Галактика Пабло, голодающая из-за своей сверхмассивной черной дыры, может дремать, а не умирать. «Это не определенная судьба, когда галактики гаснут», — говорит Оливия Купер, аспирантка по астрофизике Техасского университета в Остине, которая не принимала участия в работе. При правильных условиях галактика могла бы снова получить газ и потенциально возобновить звездообразование в будущем.
Несмотря на драматическую остановку звездообразования, исследование показало, что Галактика Пабло сохраняет неожиданную особенность: хорошо организованный вращающийся звездный диск, очень похожий на наш Млечный Путь. Это бросает вызов предыдущим предположениям о том, как галактики развиваются после гашения. В локальной вселенной — области пространства, относительно близкой к нам в космических масштабах — гашеные галактики обычно теряют свою упорядоченную структуру и становятся более хаотичными. Но Галактика Пабло сохранила стабильное, похожее на диск вращение, причем звезды вращаются по орбите сплоченно вокруг центра галактики, сохраняя плоское, структурированное движение, характерное для спиральных галактик. <стр>«Это действительно удивительно», — говорит Минджунг Парк, аспирант Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс, который также не принимал участия в работе. «Это означает, что механизмы гашения не разрушают звездный диск, но каким-то образом останавливают звездообразование».
Поскольку такие гашеные галактики не наблюдаются в локальной Вселенной, исследователи подозревают, что что-то должно было измениться за 11 миллиардов лет с тех пор, как они наблюдали Галактику Пабло. Понимание того, что происходит с этими галактиками с течением времени, может открыть новые возможности для понимания ранней Вселенной и эволюции галактик.
Заглядывая вперед, Д’Эухенио и его команда планируют расширить свои исследования, найдя галактики, которые только недавно были погашены, где они могут наблюдать более свежие признаки выброса газа, и изучить галактики с меньшей массой, чтобы лучше понять, когда и почему галактики перестают формировать звезды.
«В настоящее время мы видим, что это происходит в основном в самых массивных галактиках. Мы думаем, что это потому, что у них самые массивные черные дыры, но, возможно, до сих пор мы просто смотрели на самые яркие объекты», — объясняет Д’Эухенио. «Мы хотим опуститься и понять, где начинается этот процесс».