Чёрные дыры могут лишать галактики «топлива» для звездообразования

Чёрная дыра в центре галактики GS-10578 выбрасывает газ со скоростью 1000 километров в секунду

Астрономы, используя космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), подтвердили, что сверхмассивные чёрные дыры могут лишать свои родительские галактики материала, необходимого для формирования новых звёзд. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Международная группа использовала JWST для наблюдения галактики размером с Млечный Путь в ранней Вселенной, примерно через два миллиарда лет после Большого взрыва. Как и большинство крупных галактик, она имеет сверхмассивную чёрную дыру в своем центре. Однако эта галактика по сути «мертва»: она практически перестала формировать новые звёзды.

«Основываясь на более ранних наблюдениях, мы знали, что эта галактика находится в состоянии угасания: она не формирует звёзды и мы полагаем, что существует связь между чёрной дырой и остановкой звездообразования. Однако до "Уэбба" мы не могли достаточно подробно изучить галактику, чтобы подтвердить эту связь, и не знали, является ли это состояние затухания временным или постоянным», — сказал соавтор исследования доктор Франческо Д'Эухенио из Института космологии Кавли в Кембридже.

Эта галактика GS-10578, прозванная «Галактикой Пабло» в честь астронома, который решил подробно её изучить, является слишком большой для столь раннего периода существования Вселенной: её общая масса примерно в 200 миллиардов раз превышает массу нашего Солнца, а большинство звёзд образовались между 12,5 и 11,5 миллиардами лет назад.

«В ранней Вселенной большинство галактик формируют множество звёзд, поэтому интересно увидеть такую ??огромную галактику без активного звездообразования в этот период времени. Если у неё было достаточно времени, чтобы достичь таких огромных размеров, то какой бы процесс ни остановил звездообразование, он, вероятно, произошёл относительно быстро», — добавил соавтор профессор Роберто Майолино, также из Института космологии Кавли.

Используя JWST, исследователи обнаружили, что эта галактика выбрасывает большие объёмы газа со скоростью около 1000 километров в секунду, что достаточно быстро, чтобы избежать гравитационного притяжения галактики. Этот процесс «выталкивания» из галактики обусловлен чёрной дырой.

Как и другие галактики с аккрецирующими чёрными дырами, «Галактика Пабло» имеет быстрые потоки горячего газа, но эти газовые облака разрежены и имеют небольшую массу. Телескоп обнаружил присутствие нового компонента, который не мог быть замечен с помощью более ранних наблюдений. Этот газ холоднее, что означает, что он плотнее и — что важно — не излучает света. JWST, с его превосходной чувствительностью, может «видеть» эти тёмные газовые облака за счёт того, что они блокируют часть света от галактики позади них.

Масса газа, выбрасываемого из галактики, больше, чем требуется галактике для продолжения формирования новых звёзд. По сути, чёрная дыра морит «галактику голодом».

Хотя более ранние теоретические модели предсказывали, что чёрные дыры оказывают подобное воздействие на галактики, до наблюдений при помощи JWST не было возможности обнаружить этот эффект напрямую.

Более ранние модели предсказывали, что окончание звездообразования оказывает сильное, турбулентное воздействие на галактики, разрушая их форму в процессе. Но звёзды в этой дискообразной галактике всё ещё движутся упорядоченным образом, что говорит о том, что это не всегда так.

Новые наблюдения с помощью Большого массива миллиметровых-субмиллиметровых телескопов Атакамы (ALMA), нацеленного на самые холодные и тёмные газовые компоненты галактики, расскажут больше о том, скрывается ли в этой галактике остаточное топливо для звездообразования и где именно, а также каково влияние сверхмассивной чёрной дыры на область, окружающую галактику.