Умирающие галактики ранней Вселенной могли быть убиты своими сверхмассивными черными дырами

Галактика Млечный Путь не очень активна, если говорить о галактиках. Ежегодно на всей площади ее спирального тела образуется около трех-четырех Солнц новых звезд, и повсюду можно найти звезды разного возраста.

Но есть галактики еще тише - эллиптические галактики, в которых образование звезд прекратилось уже давно. В этих галактиках не обнаружено ни одной или очень мало звезд моложе определенного возраста, что говорит о том, что в какой-то момент звездообразование резко прекратилось, и галактика медленно угасала в течение веков, звезда за звездой.

Как именно выключается звездообразование в этих гладких, почти лишенных особенностей галактиках, остается загадкой, но астрономы полагают, что это как-то связано со сверхмассивными черными дырами, которые находятся в центре каждой галактики. Теперь международная группа астрономов под руководством Кея Ито из Высшего университета перспективных исследований SOKENDAI в Японии заглянула в раннюю Вселенную, чтобы выяснить, так ли это.

Используя одни из самых мощных телескопов в мире, они собрали данные в нескольких диапазонах длин волн, чтобы определить галактики, чей свет прошел через пропасть пространства-времени за 9,5-12,5 миллиардов лет - древние галактики, подобные эллиптическим галактикам, расположенным ближе к нам в пространстве и времени, для которых звездообразование находится на грани исчезновения.

Первым шагом было использование оптических и инфракрасных данных для определения галактик, в которых звездообразование продолжается, и тех, в которых звездообразование прекратилось.

Следующим шагом было использование рентгеновских и радиоданных для выявления активности сверхмассивных черных дыр. Это механизм, с помощью которого, по мнению астрономов, может быть затушено звездообразование. Когда сверхмассивная черная дыра активна, она поглощает огромное количество материи из окружающего ее пространства. Этот процесс - беспорядочный и бурный, порождающий то, что в совокупности известно как "обратная связь".

Мы все знаем, что за горизонтом событий черной дыры ничего не может появиться, но пространство вокруг нее - это совсем другое дело. Материал закручивается вокруг черной дыры, как вода вокруг стока; гравитация и трение порождают интенсивное излучение, которое вспыхивает во всей Вселенной.

Другой формой обратной связи являются струи, вырывающиеся из полярных областей черной дыры. Считается, что материал за пределами горизонта событий ускоряется вдоль внешнего магнитного поля черной дыры, а затем выбрасывается с полюсов в виде мощных, сфокусированных струй плазмы, которые движутся со значительной долей скорости света.

Наконец, активные сверхмассивные черные дыры генерируют интенсивные ветры, которые распространяются на их галактики. Считается, что все три формы обратной связи - излучение, струи и ветры - нагревают и выталкивают холодный молекулярный газ, необходимый для образования звезд.

На таких огромных расстояниях галактики гораздо труднее увидеть; они очень маленькие и очень слабые, с нашей точки зрения, здесь и сейчас. Поэтому исследователям пришлось "сложить" галактики вместе, чтобы подчеркнуть радио- и рентгеновское излучение, которое является признаком активной сверхмассивной черной дыры, существовавшей миллиарды лет назад.

Но это сработало: команда обнаружила "избыточный" рентгеновский и радиосигнал, слишком сильный, чтобы его можно было объяснить только звездами, в галактиках с небольшим или нулевым звездообразованием. Лучшим объяснением этого сигнала является активная сверхмассивная черная дыра. Более того, сигнал не был столь выражен в галактиках с продолжающимся звездообразованием.

Это говорит о том, что очень вероятно, что активная сверхмассивная черная дыра играет роль в резкой гибели этих загадочных, призрачных галактик.

Будущие исследования, по их словам, могут помочь пролить свет на детальную физику этого загадочного процесса.

Исследование было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.