Nowe badania sugerują, że galaktyki unikają przedwczesnej śmierci, ponieważ mają czarne dziury ze strumieniami, które skutecznie zapobiegają niekontrolowanemu wzrostowi.
Źródło: ESA/Hubble, L. Calçada (ESO) / C Richards/MD Smith/University of Kent
Gdyby tak się nie stało, Wszechświat postarzał by się znacznie szybciej niż ma to miejsce obecnie i wszystko, co byśmy dziś widzieli, to ogromne galaktyki „zombie” pełne martwych i umierających gwiazd.
Tak wynika z nowych badań opublikowanych w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, które badają jedną z największych tajemnic Wszechświata – dlaczego galaktyki nie są tak duże, jak oczekiwaliby astronomowie.
Wydaje się, że coś tłumi ich ogromny potencjał, ograniczając ilość gazu, który pochłaniają, aby przekształcić się w gwiazdy, co oznacza, że zamiast rosnąć w nieskończoność, coś wewnętrznie opiera się temu, co uważano za nieuniknione przyciąganie grawitacyjne.
Teraz astrofizycy z University of Kent uważają, że być może odkryli ten sekret. Sugerują oni, że galaktyki mogą w rzeczywistości kontrolować tempo swojego wzrostu poprzez sposób, w jaki „oddychają”.
W swojej analogii naukowcy porównali supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki do jej serca, a dwa dwubiegunowe naddźwiękowe strumienie gazu i promieniowania, które emitują, do dróg oddechowych zasilających parę płuc.
Impulsy pochodzące z czarnej dziury – lub „serca” – mogą prowadzić do powstania frontów uderzeniowych, oscylujących tam i z powrotem wzdłuż obu osi, podobnie jak przepona piersiowa w ludzkim ciele porusza się w górę i w dół wewnątrz jamy klatki piersiowej, aby napełnić i opróżnić oba płuca.
Może to spowodować, że energia strumienia będzie szeroko przenoszona do otaczającego ośrodka, tak jak wydychamy ciepłe powietrze, co skutkuje spowolnieniem wydzielania i wzrostu gazu galaktycznego.
Doktorant Carl Richards wpadł na tę teorię po stworzeniu nowych, nigdy wcześniej nie testowanych symulacji w celu zbadania roli, jaką naddźwiękowe strumienie mogą odgrywać w hamowaniu wzrostu galaktyk.
Obejmowały one pulsowanie „serca” czarnej dziury i utrzymywanie w strumieniach wysokiego ciśnienia – podobnego do formy nadciśnienia, jeżeli porównamy to do ludzkiego ciała.
Spowodowało to, że strumienie działały jak dmuchawy, wysyłając fale dźwiękowe jak fale na powierzchni stawu.
Zdaliśmy sobie sprawę, że musiałyby istnieć jakieś środki, aby strumienie mogły wspierać otaczający galaktykę gaz, i to właśnie odkryliśmy w naszych symulacjach komputerowych – powiedział Richards.
Naukowcy stwierdzili, że te nadciśnieniowe strumienie skutecznie rozszerzały się „jak wypełnione powietrzem płuca.”
W ten sposób transmitowały fale dźwiękowe do otaczającej galaktyki w postaci serii fal ciśnienia, które następnie hamowały wzrost galaktyki.
Istnieją pewne dowody na występowanie fal w ośrodkach pozagalaktycznych, takie jak te obserwowane w pobliskiej gromadzie galaktyk Perseusza, związane z ogromnymi bąblami gorącego gazu, które uważa się za przykład fal dźwiękowych.
Już wcześniej uważano, że fale te są odpowiedzialne za podtrzymywanie środowiska otaczającego galaktykę, choć brakowało mechanizmu ich generowania.
Konwencjonalne symulacje kosmologiczne nie są zatem w stanie uwzględnić przepływu gazu do galaktyk, co prowadzi do jednej z największych tajemnic Wszechświata, więc polegają na wysoce aktywnej czarnej dziurze w sercu galaktyki, aby zapewnić pewien opór.
Nie jest to jednak łatwe i mamy ograniczenia dotyczące rodzaju pulsacji, rozmiaru czarnej dziury i jakości płuc – powiedział współautor profesor Michael Smith.
Zbyt szybkie lub zbyt wolne oddychanie nie zapewni życiodajnych wstrząsów potrzebnych do utrzymania środowiska galaktyki, a jednocześnie zapewni sercu paliwo.
Naukowcy doszli do wniosku, że żywotność galaktyk można wydłużyć za pomocą jej „serca i płuc”, gdzie silnik supermasywnej czarnej dziury w jej jądrze pomaga hamować wzrost, ograniczając ilość gazu zapadającego się w gwiazdy od wczesnego stadium.
To, jak twierdzą, pomogło stworzyć galaktyki, które widzimy dzisiaj.
Bez takiego mechanizmu galaktyki wyczerpałyby już swoje paliwo i wygasły, tak jak niektóre z nich w postaci galaktyk „czerwonych i martwych” lub „zombie”.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak