Сверхмассивные черные дыры лишили свои галактики сырья для звезд неочевидным способом

❋ 6.4

Каждая крупная галактика имеет в своем центре сверхмассивную черную дыру. И чем больше галактика, тем больше эта черная дыра. Как правило, чем больше галактика, тем она спокойнее, в ней рождается меньше новых звезд. Но что здесь причина, а что — следствие? Как это часто бывает в науке, ответ на вопрос найти удалось, но в результате возникло лишь больше загадок.

Астрономия

# активные ядра галактик

# звездообразование

# сверхмассивные черные дыры

# Черные дыры

©Paramount Pictures, Warner Bros. Pictures

Бытовая интуиция подсказывает кажущийся элементарным ответ на вышеописанный вопрос: так чем больше черная дыра, тем больше вещества она «съедает» из галактики. Логично же! Но нет. Во-первых, масса сверхмассивной черной дыры (SMBH) в центре галактики меньше массы самой галактики на шесть порядков — миллионы солнечных против триллионов солнечных масс для Млечного Пути, например. Во-вторых, скорость поглощения вещества черной дырой ограничена и за все время жизни Вселенной даже самый массивный галактический центр не смог бы «съесть» и долю материи своей галактики.

Звезды рождаются из холодного газа, то есть такого, скорость движения молекул и атомов которого ниже определенного порога — для него становится существенным гравитационное воздействие центров аккреции.

Облака холодного газа в межзвездной и межгалактической среде настолько разрежены, что притяжение сверхмассивной черной дыры в центре галактики практически не оказывает на их частицы влияния. Гораздо сильнее локальное гравитационное взаимодействие с другими объектами или с самим облаком, которое хоть и разрежено, но имеет массу. Поэтому галактический центр не может и «высосать» весь холодный газ из галактики.

Тем не менее, как следует из новой научной работы, опубликованной в рецензируемом журнале Nature, именно сверхмассивные черные дыры в центрах галактик лишают их холодного газа. Механизм такой стерилизации пока неизвестен — это предмет для дальнейших изысканий. Но причинно-следственную связь китайские астрофизики, судя по всему, смогли обнаружить.

Авторы работы взяли 69 галактик, расположенных сравнительно недалеко от Млечного Пути, для которых установлены одновременно три ключевых параметра: масса самой галактики, масса сверхмассивной черной дыры в центре и масса холодного газа (его резервуар) в этой галактике. Ученые анализировали соотношения между этими тремя параметрами как для каждой из галактик в отдельности, так и сравнивали их друг между другом.

Черные дыры убивают свои галактики — Визуализация одного из предложенных авторами работы механизмов влияния массы сверхмассивной черной дыры на звездообразование в галактике. Черная диагональная стрелка — корреляция между массой сверхмассивной черной дыры и потенциалом к звездообразованию (соотношением холодного газа в галактике и суммарной массой звезд в ней). Синий диск символизирует «живую» галактику (в ней образуются новые звезды), красный — «мертвую»; черная точка в центре — «спящая» SMBH, желтая звездочка вместо нее — активный галактический центр (AGN, поглощающая материю SMBH); синяя пунктирная стрелка показывает аккрецию галактикой холодного газа из межгалактического пространства и гало, красная — нагрев и выброс газа из галактики в гало активным галактическим центром; бирюзовый круг вокруг галактики — холодное гало, кремовый — горячее. По вертикали графика-фона показано соотношение холодного газа в галактике с общей ее массой, по верхней грани — градация «спокойствия» или «мертвости» галактики, по нижней — масса центральной черной дыры. Сначала галактика поглощает холодный газ, что приводит к росту SMBH и повышенному звездообразованию (1). Затем проснувшийся AGN нагревает этот газ и выбрасывает его в пространство между диском галактики и гало (2). Ядро галактики «успокаивается» и галактика снова начинает набирать холодный газ — растет звездообразование и центральная SMBH (3). Этот цикл повторяется несколько раз, постепенно замедляясь и окончательно «умерщвляя» галактику (4) / © Wang, T., Xu, K., Wu, Y. et al., Black holes regulate cool gas accretion in massive galaxies, Nature (2024)

Получились следующие корреляции. Размеры резервуара холодного газа, определяющие интенсивность звездообразования в галактике, действительно уменьшаются с ростом ее массы. И размеры SMBH в галактическом центре тоже напрямую коррелируют с размерами галактики. Однако это слабые корреляции, потому что и в первом случае и во втором разброс соотношений параметров высок.

Сопоставимые по размеру галактики могут иметь в своем центре сверхмассивные черные дыры разной массы. И как раз это будет определять, насколько активно идет звездообразование: отрицательная корреляция между массой сверхмассивной черной дыры и массой холодного газа в галактике очень сильная.

Иными словами, интенсивность звездообразования в галактике напрямую зависит от того, насколько мала сверхмассивная черная дыра в ее центре. Авторы исследования предполагают несколько механизмов, объясняющих это. По одной из версий, излучение активного галактического центра (в первую очередь, джеты), нагревает холодный газ и мешает его аккреции. Но это плохо объясняет, почему в галактиках с крупной, но «спящей» сверхмассивной черной дырой не идет звездообразование.

Второй вариант — сложный механизм обмена энергией между галактическим гало, резервуаром холодного газа и SMBH в центре галактики. Он лучше укладывается в модели, но требует подтверждения наблюдениями, а также дальнейшей теоретической проработки.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.