Как на самом деле чёрные дыры управляют судьбой галактик и почему без них Вселенная выглядела бы совсем иначе

В большинстве больших галактик (включая нашу Млечный Путь) в центре прячется сверхмассивная чёрная дыра массой в миллионы-миллиарды солнечных масс. Когда в неё падает много газа и пыли, она становится активным галактическим ядром (AGN). Выделяется колоссальная энергия, и из полюсов чёрной дыры выстреливают релятивистские джеты — узкие пучки плазмы, летящие почти со скоростью света.

До недавнего времени считалось, что эти джеты в основном «протыкают» галактику насквозь, унося энергию далеко за её пределы. Однако на самом деле это не так. Недавнее исследование под руководством группы астрономов во главе с Джастином Кадером и Джейсоном Сурейсом показало, что джеты не просто проходят, а закручиваются (прецессируют) как волчок, и это закручивание превращает их в мощный механизм обратной связи.

Авторы исследования использовали комбинацию наблюдений на радиотелескопах (включая VLA и ALMA) и суперкомпьютерные симуляции. Они изучили галактику, в которой джет от AGN прецессирует с периодом около 1-2 миллионов лет. За это время ось джета описывает конус — и вместо узкого прокола газ выдувается широким конусом.

Наблюдение касается галактики VV 340a. У относительно низкомощного джета (по меркам AGN), который к тому же покачивается, удалось измерить выдувание газа с темпом около 19-20 солнечных масс в год.

Этого достаточно, чтобы существенно снизить темпы звездообразования в галактике на ближайшие сотни миллионов лет. Джет оставляет характерный S-образный след и действует как гигантский «космический пылесос, буквально выметая газ из центральных областей галактики, лишая её сырья для рождения новых звёзд.

Интересно, что в некоторых случаях джеты создают «галактические фонтаны». Газ выталкивается вверх, охлаждается на больших высотах и частично падает обратно, например, как в случае Abell 2597 (когда в 2018 году во время наблюдения при помощи инструментов ALMA + MUSE был обнаружен массивный выброс молекул газа в системе галактик Abell 2597).

В данном случае речь идёт уже не о полной очистке, а о повторяющейся циркуляции газа. Однако даже в таких системах общее количество холодного газа, доступного для звездообразования, существенно уменьшается.

Это классический пример обратной связи в эволюции галактик. Чем активнее чёрная дыра «ест», тем эффективнее она лишает галактику пищи, замедляя собственный рост и рост галактики в целом.

Это открытие объясняет, почему многие массивные эллиптические галактики со временем «краснеют» и «умирают». Раньше это приписывали слияниям галактик или простому истощению газа, теперь ясно, что AGN-джеты играют одну из решающих ролей в этом процессе.

Также это даёт подсказку, как в ранней Вселенной (z > 6) сверхмассивные чёрные дыры могли расти так быстро. Возможно, именно такая обратная связь помогала им регулировать приток газа, не давая галактике «захлебнуться» звёздообразованием.

В дальнейшем исследователи планируют искать больше примеров прецессирующих джетов в локальной Вселенной и моделировать влияние магнитных полей на стабильность прецессии. А пока можно сказать, что каждая большая галактика — это не просто звёздный город, а место постоянной «уборки» силами центральной чёрной дыры. Без этих «космических пылесосов» Вселенная выглядела бы совсем иначе — возможно, гораздо более звёздной и голубой.

Изображение в превью:
Автор: M. Kornmesser
Источник: commons.wikimedia.org