Jak czarne dziury „zagładzają” swoje galaktyki macierzyste

Astronomowie odkryli jedną z najstarszych „martwych” galaktyk, jakie dotychczas zidentyfikowano i stwierdzili, że supermasywne czarne dziury prędzej powoli „zagładzają” swoje galaktyki macierzyste niż je rozrywają.

.W ramach nowego badania, naukowcy z University of Cambridge, wykorzystali dane z Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba i Atacama Large Millimeter Array (ALMA) do zbadania galaktyki we wczesnym Wszechświecie – około trzech miliardów lat po Wielkim Wybuchu. Została ona oznaczona jako GS-10578, ale badacze nazywają ją „galaktyką Pablo” na cześć astronoma, który jako pierwszy dokładniej są badał. Zdaniem naukowców, jest ona niezwykle duża, jak na tak wczesny okres w historii Wszechświata – ma masę około 200 miliardów razy większą od masy Słońca, a większość jej gwiazd powstała między 12,5 a 11,5 miliardów lat temu.

Jak opisują badacze, „galaktyka Pablo”, wydawała się rozwijać szybko i równie szybko umierać – pomimo stosunkowo młodego wieku przestała tworzyć nowe gwiazdy z powodu niemal całkowitego braku zimnego gazu niezbędnego do ich powstawania. W ramach nowego badania, astronomowie odkryli, że winowajcą tego wydawała się być supermasywna czarna dziura w centrum całej struktury. Ten niezwykle gęsty obiekt, zamiast w wyniku jednego większego wydarzenia, stopniowo zatrzymywał proces powstawania nowych gwiazd, wielokrotnie podgrzewając gaz w galaktyce i wokół niej, uniemożliwiając jej ponowne zasilenie. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Nature Astronomy”.

„Spędziliśmy prawie siedem godzin obserwując galaktykę za pomocą ALMA, mając nadzieję na wykrycie tlenku węgla – wskaźnika zimnego wodoru. Nie znaleźliśmy jednak nic. Zaskoczyło nas, jak wiele można dowiedzieć się, nie widząc niczego. Nawet przy jednej z najgłębszych obserwacji tego typu galaktyki przeprowadzonych przez ALMA nie odkryliśmy w niej już praktycznie żadnego zimnego gazu. Wskazuje to na jej powolne umieranie” – mówi Jan Scholtz z University of Cambridge.

Obserwacje za pomocą Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba ujawniły potężne wiatry neutralnego gazu wypływające z supermasywnej czarnej dziury galaktyki z prędkością 400 kilometrów na sekundę, usuwające 60 mas słonecznych gazu rocznie. Jak opisują astronomowie, sugeruje to, że „paliwo” galaktyki zostało wyczerpane w ciągu zaledwie 16 do 220 milionów lat – znacznie szybciej niż ma to miejsce w obiektach tego typu, gdzie skala czasowa wynosi około miliarda lat.

„Galaktyka wygląda jak spokojny, obracający się dysk. To wskazuje, że nie doszło do poważnego, destrukcyjnego złączenia z inną galaktyką. Jednak 400 milionów lat temu przestała ona tworzyć gwiazdy, podczas gdy czarna dziura była aktywna. Zatem jej obecna aktywność i uchwycony przez Teleskop Webba wyrzut gazu nie spowodowały zatrzymania procesu – zamiast tego prawdopodobnie powtarzające się epizody tego typu uniemożliwiły powrót paliwa, co skutkowało ustaniem aktywności gwiazdotwórczej” – twierdzi Francesco D’Eugenio z University of Cambridge.

Na podstawie rekonstrukcji historii formowania się gwiazd w galaktyce naukowcy doszli do wniosku, że struktura ewoluowała bez uzupełniania świeżego gazu. Zamiast wyrzucać cały materiał za jednym razem, czarna dziura wydawała się ogrzewać lub wystrzeliwać go w wielu cyklach, uniemożliwiając galaktyce uzupełnienie swoich zasobów.

„Nie potrzeba jednej katastrofy, aby zatrzymać tworzenie się gwiazd w galaktyce, wystarczy uniemożliwić napływ świeżego paliwa” – podkreśla Jan Scholtz.

Odkrycia te pomagają astronomom wyjaśniać rosnącą populację masywnych, zaskakująco staro wyglądających galaktyk, które Teleskop Webb zaobserwował we wczesnym Wszechświecie.

.„Przed Teleskopem Webb nie sądziliśmy, że takie obiekty mogą istnieć. Teraz wiemy, że są one bardziej powszechne, niż sądziliśmy – zagładzenie galaktyk przez ich czarne dziury może być przyczyną tego, że żyją one szybko i umierają młodo” – podsumowuje Jan Scholtz.

Oprac. EG