Впечатление художника о биполярных газовых струях, исходящих из сверхмассивной черной дыры в центре галактики. Изображение предоставлено: ЕКА/Хаббл, Л. Кальсада (ESO)
Согласно новому исследованию, галактики могут избежать ранней смерти, потому что у них есть «сердце и легкие», которые эффективно регулируют их «дыхание» и не позволяют им выйти из-под контроля.
Если бы они этого не сделали, Вселенная состарилась бы гораздо быстрее, и все, что мы видели бы сегодня, — это огромные галактики-«зомби», полные мертвых и умирающих звезд.
К такому выводу пришли результаты нового исследования, опубликованного в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества», которое раскрывает одну из величайших загадок Вселенной: почему галактики не такие большие, как ожидали астрономы.
Похоже, что-то подавляет их огромный потенциал, ограничивая количество газа, которое они могут поглотить для превращения в звезды. Это означает, что вместо того, чтобы бесконечно расти, что-то внутри них сопротивляется, казалось бы, неизбежному притяжению гравитации.
Астрофизики из Кентского университета теперь полагают, что разгадали тайну. Они подозревают, что галактики могут фактически контролировать скорость своего роста посредством своего «дыхания».
В своей аналогии исследователи сравнили сверхмассивную черную дыру в центре галактики с ее сердцем и двумя сверхзвуковыми биполярными струями газа и радиации, которые она выбрасывает в дыхательные пути, питающие пару легких.
Импульсы от черной дыры – или «сердца» – могут привести к образованию фронтов реактивных взрывов, которые колеблются вперед и назад вдоль двух осей струи, подобно тому, как диафрагма в человеческом теле движется вверх и вниз в грудной клетке, надувая и сдувая оба легких. .
Это может привести к тому, что энергия струи будет широко передаваться в окружающую среду, точно так же, как мы выдыхаем теплый воздух, вызывая замедление аккреции газа и роста галактик.
Аспирант Карл Ричардс разработал эту теорию после создания новых, никогда ранее не проверявшихся моделей для изучения роли, которую сверхзвуковые струи могут играть в торможении роста галактик.
«Сердце» черной дыры было заставлено пульсировать, а струи находились под высоким давлением – аналогично форме высокого кровяного давления, если распространить сравнение на человеческое тело. По его словам, из-за этого струи «действовали как сильфоны», испуская звуковые волны «как рябь на поверхности пруда».
Два разных примера моделирования одной стороны симметричных биполярных джетов, в которых волны давления распространяются по внегалактической среде. Колебания давления показаны здесь с использованием красной цветовой шкалы температур (темный = низкое давление, светлый = высокое давление). Каждая струя входит слева с давлением, которое быстро падает по мере того, как она сталкивается с окружающей средой. Оси представляют собой безразмерные шкалы расстояний. Фото предоставлено: К. Ричардс/МД Смит/Кентский университет
Явление похоже на звуковые и ударные волны, возникающие на Земле при открытии бутылки шампанского, визге автомобиля, запусках ракет и разрыве сосудов под давлением.
«Мы поняли, что должен быть способ поддерживать тело — газ, окружающий галактику, — и это именно то, что мы обнаружили в ходе нашего компьютерного моделирования», — сказал Ричардс.
«Неожиданное поведение стало ясным, когда мы проанализировали компьютерное моделирование высокого давления и позволили сердцу пульсировать. Это посылало поток импульсов в струи высокого давления, заставляя их менять форму из-за сильфонного действия колеблющейся струи. ударные фронты».
По словам исследователей, эти струи под сверхдавлением эффективно расширялись, «как легкие, наполненные воздухом».
При этом они передавали звуковые волны в окружающую галактику в виде серии волн давления, которые, как было показано, подавляли рост галактики.
Есть некоторые свидетельства существования волн во внегалактических средах, например, тех, что наблюдаются в близлежащем скоплении галактик Персея, связанных с огромными пузырьками горячего газа, которые считаются примерами звуковых волн.
Уже предполагалось, что эти волны отвечают за поддержание среды галактики, но в то время еще отсутствовал механизм их генерации.
Звуковые волны (волны) в горячем газе, заполняющем скопление Персея, можно увидеть в впечатлении этого художника. Считается, что они образовались из пустот, выброшенных струями сверхмассивной черной дыры (яркое белое пятно) в центре галактики. Изображение предоставлено: НАСА/НАСА/CXC/М.Вайс.
Поэтому традиционные космологические модели не могут объяснить поток газа в галактики, который является одной из величайших загадок Вселенной. Поэтому высокоактивная черная дыра в центре галактики должна оказать некоторое сопротивление.
«Однако это непросто, и у нас есть ограничения на тип пульсации, размер черной дыры и качество легких», — сказал соавтор профессор Майкл Смит. «Слишком быстрое или слишком медленное дыхание не вызовет живительных толчков, необходимых для поддержания галактической среды и одновременного питания сердца».
Исследователи пришли к выводу, что продолжительность жизни галактики можно продлить, используя ее «сердце и легкие». Сверхмассивная черная дыра в ее ядре помогает сдерживать рост, ограничивая количество газа, который коллапсирует в звезды на ранней стадии.
По их словам, это способствовало образованию галактик, которые мы видим сегодня.
Без такого механизма галактики уже исчерпали бы свое топливо и вымерли бы, как это делают некоторые в виде «красных и мертвых» или «зомби» галактик.
Информация от: Королевским астрономическим обществом.
