Наплыв данных, полученных за последние годы с помощью новейших телескопов, позволил ученым всерьез задуматься о пересмотре истории ранней Вселенной. Дело в том, что галактики, появившиеся всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, оказались массивными и зрелыми, будто у них было куда больше времени на формирование. Эти данные не вполне укладываются в Стандартную космологическую модель, о чем Naked Science рассказывал ранее.
Одна из наиболее обсуждаемых гипотез гласит, что ключевую роль в «ускоренном взрослении» галактик сыграли сверхмассивные черные дыры: чем активнее они аккрецируют вещество, тем сильнее нагревают и возмущают окружающий газ, из которого рождаются звезды. Но чем в таком случае питались эти космические «монстры»?
В попытках ответить на вопрос международная исследовательская группа под руководством Анила Сета (Anil C. Seth) из Университета штата Юты (США) сосредоточилась не на квазарах — активных ядрах галактик, где сверхмассивная черная дыра поглощает материю в огромных количествах, — а на ближайших галактиках, в центрах которых расположены «тихие» черные дыры (LLAGN). Последние поглощают вещество, но излучают значительно меньше энергии, чем сейфертовские галактики и квазары.
Всего исследователи наблюдали семь ближайших галактик с маломощными активными ядрами: NGC 1052, NGC 3227, NGC 3516, NGC 3998, NGC 4579, NGC 4278 и NGC 4594 (галактика Сомбреро). Наблюдения проводили в 2022-2023 годах с помощью спектрометров NIRSpec и MIRI, установленных на борту «Уэбба», в диапазоне от 1,66 до 28,9 микрометра. Так ученые идентифицировали 131 спектральную линию и проследили, как «тихие» космические «монстры» воздействуют на окружающий межзвездный газ.
Выяснилось, что наблюдаемые объекты продолжают генерировать фотоны энергией порядка 100 электронвольт и способны ионизировать окружающий газ. Более того, признаки активности черных дыр присутствовали даже в самых тусклых ядрах галактик.
Анализ спектров выявил еще одну интересную деталь: при падении темпа аккреции ниже определенного порога спектральное распределение излучения резко менялось. В частности, у «голодающих» черных дыр доминировало более жесткое и разреженное излучение, соответствующее радиационно-неэффективному режиму аккреции (RIAF). Проще говоря, по мере успокоения ядра менялась сама физика падения вещества на черную дыру.
Ослабление светимости, однако, не означает ослабления влияния центрального объекта на межзвездный газ. Молекулярный водород в центральных областях наблюдаемых галактик был разогрет сильнее, чем в типичных звездообразующих системах: температуры газа там оказались выше ожидаемых значений. Это указывает на весомый вклад в процесс джетов и турбулентных потоков, которые возмущают межзвездную среду.
По сути, авторы научной работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, увидели, что «тихие» активные ядра галактик не поглощают газ мгновенно и не выдувают его полностью. Они меняют его состояние: нагревают, ионизируют и создают неоднородности, тем самым меняя условия, при которых может происходить рождение новых светил.
Такая картина хорошо согласуется с идеей положительной обратной связи, согласно которой активность черной дыры на определенном этапе может не подавлять, а стимулировать звездообразование. Если подобные процессы действовали в ранней Вселенной, где газа в протогалактиках было намного больше, влияние сверхмассивных черных дыр могло быть куда масштабнее. То есть в молодых галактиках происходили ускоренный рост звездной массы и быстрое «созревание» системы.
Результаты нового исследования не ставят точку в споре о том, были ли черные дыры архитекторами галактик в ранней Вселенной. Но добавляют аргумент в пользу того, что даже в самом экономном режиме «тихие» ядра галактик остаются не пассивными центральными объектами, а активными участниками галактической эволюции.