Британские ученые выявили принцип, препятствующий преждевременному старению галактик и их превращению в так называемые «зомби-галактики». Исследователи провели аналогию с жизненно важными органами, такими как сердце и легкие, которые контролируют рост и активность галактик.
В спиральных галактиках обычно присутствуют области, где формируются новые звезды. Для этого процесса необходим газообразный водород, а также небольшое количество более тяжелых элементов. Первичные галактики во Вселенной обладали огромными резервами этого «топлива», и, следовательно, они должны были быстро израсходоваться. Интенсивное звездообразование не могло продолжаться бесконечно, и галактики должны были бы исчерпать свои ресурсы, однако, похоже, они способны замедлить этот процесс благодаря супермассивным черным дырам, находящимся в их центрах.
Эволюция галактик определяется взаимодействием межзвездной среды и газовой оболочки, окружающей их, которая называется окологалактической средой ( circum-galactic medium). Несмотря на то, что гало обладает значительно меньшей плотностью по сравнению с межзвездной средой, в нем содержится в три-пять раз больше барионов и тяжелых элементов. Однако, расчеты скорости звездообразования во многих галактиках оказываются ниже прогнозируемых.
По мнению исследователей, этот парадокс связан с тем, что релятивистские джеты — это две струи плазмы, движущиеся в противоположных направлениях, исходящие из активных ядер галактик, способны нагревать окружающую среду и изменять характер потоков. Для изучения этого явления ученые из Университета Кента (Великобритания) применили осесимметричные гидродинамические модели с числом Маха, равным 2, чтобы проанализировать структуру ударных волн в джетах. В новой работе, опубликованной в Ежемесячные известия Королевского астрономического общества , благодаря исследованиям были уточнены существующие модели и предложены объяснения ряду наблюдаемых явлений.
Авторы научной работы провели аналогию между черной дырой, расположенной в центре галактики, и сердцем, а струи вещества – с воздухом, который поступает в дыхательные пути и обеспечивает наполнение легких. В процессе, схожем с «выдохом», в струях возникают области с аномально высоким давлением, порождающие ударные волны. Фронт этих волн перемещается вперед и назад по обеим осям, напоминая движения диафрагмы, осуществляющей наполнение легких воздухом.
Подобно тому, как выдыхаемый воздух согревает холодную атмосферу, ударные волны, исходящие от джетов, передают свою энергию окружающему пространству, повышая его температуру. Этот процесс, в свою очередь, снижает скорость охлаждения и притяжения вещества из окружающей галактической среды.
Идея принадлежит аспиранту Карлу Ричардсу, первому автору статьи, который при помощи моделирования исследовал, как сверхзвуковые потоки влияют на замедление роста галактик. Ученый разработал симуляцию пульсаций черной дыры и формирования в джетах областей с аномальным давлением, аналогичных тем, что возникают при гипертонии у людей. Как отмечает Ричардс, джеты действовали подобно кузнечным мехам, генерируя звуковые волны, напоминающие рябь на водной поверхности. Это может объяснить наблюдения ряби в галактических скоплениях Персея и Центавра.
Ученые утверждают, что явления, наблюдаемые в струях с областями аномально высокого давления, напоминают звук, возникающий при открытии бутылки шампанского или проколе надутого пакета.
Модель в целом демонстрирует, какие факторы препятствуют поступлению холодного газа из гало. В дальнейшем необходимо более детально исследовать эффективность и механизм передачи энергии, оценить вероятность перегрева, а также выполнить расчеты с учетом высокого числа Маха, которое, как утверждают авторы, играет ключевую роль для данной модели.