Odległa galaktyka "zagłodzona" przez czarną dziurę

Wykorzystując Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba astronomowie potwierdzili, że supermasywne czarne dziury mogą pozbawiać swoje galaktyki macierzyste paliwa, którego potrzebują do tworzenia nowych gwiazd.

Nowe obserwacje z użyciem Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) pokazały, że supermasywne czarne dziury mogą zahamować procesy formowania się gwiazd w otaczających je galaktykach. Na potwierdzenie astronomowie wskazują na supermasywną czarną dziurę, która "zagłodziła" galaktykę GS-10578, w której centrum się znajduje.

Wyniki oraz opis badań opublikowano w czasopiśmie "Nature Astronomy" (DOI: 10.1038/s41550-024-02345-1).

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Galaktyka GS-10578, nazywana czasami "Galaktyką Pabla", ma rozmiary mniej więcej Drogi Mlecznej. To starożytna galaktyka. Powstała około krótko po Wielkim Wybuchu. Jest ogromna jak na tak wczesny okres we Wszechświecie. Jej całkowita masa jest około 200 miliardów razy większa od masy naszego Słońca, a większość jej gwiazd powstała między 12,5 a 11,5 miliarda lat temu.

Jak większość dużych galaktyk, GS-10578 posiada supermasywną czarną dziurę w swoim centrum. Poprzednie obserwacje wykazały, że galaktyka ta jest martwa, co oznacza, że nie zachodzą w niej procesy formowania nowych gwiazd.

- Na podstawie wcześniejszych obserwacji wiedzieliśmy, że to wygasła galaktyka: nie tworzy wielu gwiazd biorąc pod uwagę jej rozmiar. Spodziewaliśmy się, że istnieje związek między czarną dziurą a ustaniem procesów formowania się gwiazd - powiedział dr Francesco D'Eugenio z University of Cambridge, współautor publikacji. - Jednak do czasu Webba nie byliśmy w stanie zbadać tej galaktyki wystarczająco szczegółowo, aby potwierdzić ten związek. Nie wiedzieliśmy też, czy ten stan wygaszenia jest tymczasowy czy trwały – dodał.

- We wczesnym Wszechświecie większość galaktyk tworzy mnóstwo gwiazd, więc ciekawie jest zobaczyć tak masywną martwą galaktykę w tym okresie - powiedział profesor Roberto Maiolino z University of Cambridge, współautor badań. - Jeśli miała wystarczająco dużo czasu, aby osiągnąć tak ogromne rozmiary, jakikolwiek proces, który zatrzymał formowanie się gwiazd, prawdopodobnie nastąpił stosunkowo szybko – dodał.

Korzystając z teleskopu Webba, naukowcy wykryli, że ta galaktyka wyrzuca duże ilości gazu z prędkością około 1000 kilometrów na sekundę, co jest wystarczające, aby uciec przed przyciąganiem grawitacyjnym galaktyki. Te szybko poruszające się wiatry są wydmuchiwane z galaktyki przez czarną dziurę.

Podobnie jak inne galaktyki z akreującymi czarnymi dziurami, "Galaktyka Pabla" ma szybko wypływające wiatry gorącego gazu, ale te chmury gazu są rzadkie i mają małą masę. Obserwacje za pomocą teleskopu Webba pozwoliły odkryć niewidoczny do tej pory składnik tego wiatru – zimny gaz. Ten zimny gaz jest gęsty i nie emituje żadnego światła. Ale Webb, dzięki swojej niesamowitej czułości, może zobaczyć te ciemne chmury zimnego gazu, ponieważ blokują one część światła z galaktyki za nimi.

Gwiazdy formują się między innymi właśnie z takiego zimnego, gęstego gazu. Bez niego galaktyka ma trudności z tworzeniem nowych gwiazd i gaśnie. Do tego masa gazu wyrzucanego z galaktyki jest większa niż ta, której galaktyka potrzebowałaby do dalszego tworzenia nowych gwiazd. W rezultacie czarna dziura głodzi tę galaktykę.

- Czarna dziura zabija tę galaktykę i utrzymuje ją w stanie uśpienia, odcinając źródło "pożywienia", którego galaktyka potrzebuje do tworzenia nowych gwiazd - powiedział D'Eugenio.

Wcześniejsze modele przewidywały, że koniec formowania się gwiazd ma gwałtowny, turbulentny wpływ na galaktyki. Jednak gwiazdy w tej galaktyce nadal poruszają się w uporządkowany sposób, co sugeruje, że nie zawsze tak jest.

- Wiedzieliśmy, że czarne dziury mają ogromny wpływ na galaktyki i być może powszechne jest to, że zatrzymują formowanie się gwiazd, ale do czasu Webba nie byliśmy w stanie tego bezpośrednio potwierdzić. To kolejny sposób, w jaki Webb jest tak wielkim krokiem naprzód pod względem naszej zdolności do badania wczesnego Wszechświata i jego ewolucji - powiedział Maiolino.

Autorzy publikacji podkreślają, że to tylko jedna galaktyka. "GS-10578 stanowi wyjątkową okazję do zbadania, w jaki sposób najmasywniejsze galaktyki we Wszechświecie stały się i pozostały uśpione — wyjaśniają naukowcy w artykule. "Chociaż nie możemy wyciągnąć ogólnych wniosków z pojedynczego celu, pokazujemy, że supermasywna czarna dziura jest w stanie zasilać wypływy neutralnego gazu o dużej prędkości i dużej masie, wystarczające do przerwania formowania się gwiazd poprzez usunięcie jego zimnego paliwa gazowego".

Źródło: University of Cambridge, Live Science, fot. Francesco D'Eugenio