Джеты чёрных дыр влияют на звёздообразование на расстояниях в сотни тысяч световых лет

Галактики окружены огромным резервуаром холодного газа, известным как циркумгалактическая среда (CGM). Этот газ простирается примерно в 10–20 раз дальше, чем видимая часть галактики. Со временем часть этого материала охлаждается, падает внутрь и образует новые звёзды. Однако астрономы давно замечали парадокс: если галактики окружены таким количеством потенциального материала для звёздообразования, почему они не производят гораздо больше звёзд?

Загадка недостающих звёзд

Новое исследование, возглавляемое астрономами Sanchayeeta Borthakur из Университета штата Аризона и Namrata Roy из Raman Research Institute, предлагает ответ на этот вопрос. Результаты опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters.

Как работают джеты чёрных дыр

Исследователи обнаружили, что узкие джеты чрезвычайно горячей плазмы, выбрасываемые сверхмассивными чёрными дырами в центрах галактик, влияют на газ далеко за пределами видимой части галактики. Эти джеты возмущают резервуар материала, от которого зависит будущий рост галактики, потенциально влияя на то, будет ли она продолжать производить звёзды.

Масштаб этого влияния поражает воображение. Сверхмассивная чёрная дыра может быть примерно сопоставима по размеру с нашей Солнечной системой, тогда как окружающая её галактика содержит примерно 100 миллиардов солнечных систем. Как отметила Roy: «Удивительный вопрос в том, как что-то столь малое может энергетически воздействовать на что-то столь огромное».

Методология исследования

Команда исследователей изучала активные чёрные дыры, производящие мощные джеты. Они искали признаки того, что джеты изменяют состояние ионизации газа в окружающей CGM, в частности, ища слабое свечение ионизированного водорода (H-альфа).

Сигнал был слишком слабым для обнаружения вокруг одной галактики, поэтому исследователи объединили наблюдения сотен галактик с активными джетами. Они использовали данные из обзора Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) вместе с измерениями радиоджетов из LOFAR Two-meter Sky Survey (LoTSS).

Ключевые находки

Когда наблюдения усреднялись по всем направлениям вокруг галактик, сигнал H-альфа оставался слабым. Однако вдоль радиоджетов сигнал становился значительно сильнее. Это указывает на то, что джет действует не как лампа, освещающая всё вокруг, а как сосредоточенный луч, вызывающий свечение газа вдоль своего пути.

Исследователи также выявили две области с особенно ярким свечением ионизированного водорода: одна относительно близко к галактике, где джет впервые встречается с CGM, и другая намного дальше, у внешнего края CGM, где джет, похоже, откладывает большую часть своей энергии.

Влияние на эволюцию галактик

Нагревая, возмущая и разрушая газ по всей CGM, джеты чёрных дыр затрудняют охлаждение этого материала и его падение обратно в галактику. Без этого поступления холодного газа галактика имеет меньше топлива для создания новых звёзд. Таким образом, джеты действуют как тормоз на рост галактики. Со временем они могут подтолкнуть галактику в более спокойное состояние с гораздо более низким уровнем звёздообразования.

Как подчеркнула Borthakur: «Это решает давнюю загадку того, как чёрные дыры влияют на галактики, их звёзды и жизнь, какой мы её знаем».

Масштаб влияния

Влияние джетов может распространяться на сотни тысяч световых лет — далеко за видимые границы галактик. По словам Roy, «чёрная дыра невероятно мала по сравнению с галактикой, но её влияние может достигать сотен тысяч световых лет, далеко в её внешние области. Джет переносит энергию наружу, и газ светится вдоль его пути».