Галактики-переростки выдали секрет: Вселенная старела быстрее благодаря скрытным монстрам

Даже самые спокойные на вид черные дыры могут играть куда более заметную роль, чем предполагалось ранее. Новые наблюдения показывают, что они способны менять среду в центрах галактик и влиять на рождение звезд, оставаясь почти незаметными. Это заставляет по-новому взглянуть на эволюцию галактик в прошлом и настоящем. Об этом сообщает издание Naked Science.

Проблема "слишком зрелых" галактик

В последние годы астрономы столкнулись с парадоксом ранней Вселенной. Галактики, сформировавшиеся всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, выглядят слишком массивными и структурированными для своего возраста. По классическим моделям у них просто не должно было хватить времени на такой быстрый рост.

Одним из возможных объяснений называют влияние сверхмассивных черных дыр. Аккрецируя вещество, они нагревают и возмущают окружающий газ, а значит, могут ускорять или, наоборот, подавлять звездообразование. Однако до недавнего времени считалось, что заметный эффект оказывают лишь яркие квазары и активные ядра галактик, излучающие колоссальные объемы энергии.

Параллельно наблюдения показывают, что в молодой Вселенной встречались системы, которые рано прекращали формировать звезды — например, случаи, когда галактика почти сразу перестала рождать звезды. Это усиливает интерес к роли центральных черных дыр в регулировании роста галактик.

В центре внимания — "тихие" ядра

Международная команда под руководством Анила Сета из Университета штата Юты решила сосредоточиться на другом классе объектов — малоактивных ядрах галактик. Такие сверхмассивные черные дыры поглощают вещество, но излучают значительно слабее квазаров и сейфертовских галактик, из-за чего долгое время считались второстепенными игроками.

С помощью космической обсерватории "Джеймс Уэбб" ученые изучили семь ближайших галактик, включая NGC 1052, NGC 3227 и знаменитую галактику Сомбреро. Наблюдения, проведенные в 2022–2023 годах в инфракрасном диапазоне, позволили зафиксировать более сотни спектральных линий и подробно проследить взаимодействие "тихих" черных дыр с окружающим межзвездным газом.

Когда слабость не равна бездействию

Анализ данных показал, что даже при низкой светимости такие черные дыры продолжают излучать фотоны с энергией порядка сотни электронвольт. Этого достаточно, чтобы ионизировать газ в центральных областях галактик. Признаки подобной активности обнаружились даже в самых тусклых ядрах из выборки.

Особый интерес вызвал переход к радиационно-неэффективному режиму аккреции. Когда поток вещества на черную дыру ослабевает ниже определенного порога, меняется характер излучения: оно становится более жестким и разреженным. Похожие процессы обсуждаются и в исследованиях о том, как чёрные дыры переключаются между ветрами и струями, влияя на структуру и газовую среду галактик.

Нагретый газ и новые условия для звезд

Ослабление излучения вовсе не означает ослабление влияния на галактику. В центральных регионах наблюдаемых систем молекулярный водород оказался заметно горячее, чем в обычных звездообразующих галактиках. Такие температуры указывают на вклад джетов и турбулентных потоков, которые перемешивают и нагревают межзвездную среду.

По сути, "тихие" черные дыры не уничтожают газ и не поглощают его мгновенно. Они меняют его состояние — ионизируют, нагревают и создают неоднородности. В результате условия для формирования новых звезд могут как ухудшаться, так и, в определенных сценариях, улучшаться.

Эта картина хорошо вписывается в концепцию положительной обратной связи, согласно которой активность черной дыры способна стимулировать звездообразование. В ранней Вселенной, где запасы газа были значительно богаче, подобное влияние могло быть особенно сильным.

В итоге исследование показывает, что малоактивные сверхмассивные черные дыры нельзя считать пассивными объектами. Даже в "экономном" режиме они остаются важными участниками галактической эволюции и, вероятно, сыграли заметную роль в быстром взрослении галактик.