Струмені частинок від надмасивних чорних дір здатні змінювати долю цілих галактик. Новий аналіз спостережень, описаний на порталі Universe Today, показує, що такі джети можуть як пригнічувати, так і посилювати народження зірок, впливаючи на газові оболонки навколо галактик.
Упродовж останніх десятиліть астрономи збирали докази того, що надмасивні чорні діри серйозно втручаються в еволюцію своїх галактик. Поглинаючи газ, з якого могли б утворюватися нові зорі, вони «глушать» процес зореутворення. Водночас потужні джети, що вириваються від околиць чорної діри, можуть передавати енергію віддаленим газовим хмарам і, навпаки, сприяти спалахам утворення зірок у певних регіонах.
Циркумгалактичне середовище як «резервуар» для зірок
Команда астрономів з Університету штату Аризона та Індійського науково-дослідного інституту Рамана зосередила увагу на великих газових оболонках, що огортають багато галактик, зокрема й Чумацький Шлях. Ці структури відомі як циркумгалактичне середовище (circumgalactic medium, CGM).
CGM може простягатися на відстань у 10–20 разів більшу за видиму частину галактики. Воно є своєрідним «баріонним резервуаром» — запасом звичайної речовини, який живить і регулює довготривалу еволюцію галактики. Газ із цієї оболонки з часом повільно падає всередину, згущується під дією гравітації й стає сировиною для нових зірок.
Дослідниці Санчатеета Бортакур (Sanchateeta Borthakur) та Намрата Рой (Namrata Roy) поєднали дані про сотні галактик з активними джетами. Вони використали спектроскопічні спостереження з огляду Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) на 4-метровому телескопі Мейолла в Аризоні та радіоспостереження джетів із огляду LOFAR Two-meter Sky Survey (LoTSS), виконаного низькочастотним радіомасивом у Європі.
Як джети нагрівають газ та змінюють народження зірок
Наукова група шукала в об’єднаних даних характерні сигнали іонізованого водню — так звану лінію H-альфа. Вони виявили дуже чіткі та сильні сигнали саме вздовж осей радіоджетів. Це свідчить, що джети нагрівають газ на своєму шляху.
Найбільший вплив струменів проявляється там, де вони вперше стикаються з газами циркумгалактичного середовища, а також ще далі — коли продовжують прориватися в міжгалактичний простір і вивільняють величезні енергії. В обох зонах ударні хвилі й потоки енергії можуть або підсвічувати й ущільнювати газ, або, навпаки, його руйнувати.
Наслідки цього двоякі:
- уздовж ударних фронтів можуть виникати хвилі зореутворення;
- у регіонах, де джет розсіює чи виносить газ, відбувається «заглушення» (quenсhing) народження зірок.
За словами Намрати Рой, ця картина демонструє вражаючу диспропорцію масштабів: надмасивна чорна діра неймовірно мала порівняно з усією галактикою, але її вплив може сягати сотень тисяч світлових років, далеко в галактичну периферію. Енергія, яку несе струмінь, передається газу й змушує його випромінювати вздовж траєкторії джета.
Що таке релятивістські джети
Галактики з активними чорними дірами й джетами зазвичай класифікують як активні галактичні ядра (AGN). Їхні струмені — це парні, вузько спрямовані, надвисокоенергетичні викиди речовини, що рухається майже зі швидкістю світла. Вони народжуються в районі, де газ і пил обертаються дуже близько до чорної діри й сильно нагріваються.
Накопичене тепло та енергія мають вивільнитися — і частина цього потоку формується в джет. Такі струмені випромінюють у всьому електромагнітному спектрі, від радіохвиль до рентгенів, що дозволяє детально їх досліджувати. Саме це випромінювання реєструють наземні та космічні телескопи.
Дії джетів — нагрівання, перемішування, ударні хвилі, руйнування газових хмар — можуть як гальмувати, так і прискорювати ріст галактики. Якщо чорна діра активно поглинає навколишній газ або її джет знищує запаси палива для зірок на периферії, галактика повільніше нарощує масу. У крайньому випадку вона може стати майже «тихою» — з дуже слабким або майже відсутнім поточним зореутворенням.
У такій галактиці ми переважно спостерігатимемо згасання старих зірок і поповнення газу за рахунок їхньої смерті, але загальна картина буде зовсім іншою, ніж у бурхливо активних зоряних системах.
Майбутні спостереження і моделювання
Якщо ж джети збурюють і підживлюють енергією хмари газу в циркумгалактичному середовищі далеко від чорної діри, імовірність потужних спалахів зореутворення вздовж їхніх шляхів значно зростає. Саме тому астрономам важливо вивчати області вздовж осей джетів — там найвиразніше видно, як змінюються властивості газу.
Надалі дослідники планують поєднувати подібні спостереження з детальними комп’ютерними симуляціями. Нова інформація з DESI, LOFAR та інших оглядів має зміцнити розуміння того, як радіоджети в активних ядрах взаємодіють із циркумгалактичними гало своїх галактик і як саме ці процеси керують їхньою довготривалою еволюцією.
#Релятивістські #джети #чорних #дір #керують #еволюцією #галактик
Source link
