Астрономы, используя космический телескоп «Джеймс Уэбб», исследовали малоизвестные сверхмассивные черные дыры в соседних галактиках и установили, что даже при низкой активности они способны нагревать и перераспределять окружающий газ, что влияет на процессы звездообразования. Полученные сведения подтверждают гипотезу о том, что малоактивные черные дыры выступают в роли невидимых формирователей галактик.
Обилие информации, собранной за последние годы благодаря современным телескопам, заставило ученых пересмотреть представления о развитии Вселенной на ранних этапах ее существования. Выяснилось, что галактики, возникшие всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, были весьма крупными и развитыми, как будто они сформировались за значительно больший промежуток времени. Полученные данные не полностью соответствуют Стандартной космологической модели, о чем Naked Science рассказывал ранее.
Существует одна из наиболее распространенных гипотез, утверждающая, что значительное влияние на «ускоренное взросление» галактик сыграли сверхмассивные черные дыры: чем активнее они аккрецируют вещество, тем сильнее нагревают и возмущают окружающий газ, из которого рождаются звезды. Но чем в таком случае питались эти космические «монстры»?
Чтобы найти ответ на этот вопрос, международная группа исследователей во главе с Анилом Сетом из Университета штата Юта (США) обратила внимание не на квазары — активные ядра галактик, где сверхмассивная черная дыра поглощает огромное количество материи, — а на расположенные поблизости галактики, в центрах которых находятся «тихие» черные дыры (LLAGN). Эти черные дыры также поглощают вещество, но излучают гораздо меньше энергии, чем сейфертовские галактики и квазары.
В ходе исследования было проанализировано семь ближайших галактик, характеризующихся слабыми активными ядрами: NGC 1052, NGC 3227, NGC 3516, NGC 3998, NGC 4579, NGC 4278 и NGC 4594 (галактика Сомбреро). Наблюдения осуществлялись в период с 2022 по 2023 год с использованием спектрометров NIRSpec и MIRI, установленных на космическом телескопе «Уэбб», в диапазоне длин волн от 1,66 до 28,9 микрометра. Это позволило ученым установить наличие 131 спектральной линии и выявить, как «тихие» активные галактические ядра влияют на близлежащий межзвездный газ.
Обнаружено, что наблюдаемые объекты продолжают испускать фотоны с энергией около 100 электронвольт и обладают способностью ионизировать окружающий газ. При этом признаки активности черных дыр были зафиксированы даже в самых слабых ядрах галактик.
Анализ спектров позволил выделить дополнительную важную особенность: при снижении скорости аккреции ниже установленного уровня наблюдалось резкое изменение спектрального распределения излучения. В частности, у черных дыр, характеризующихся низкой скоростью аккреции, преобладало более жесткое и слабое излучение, соответствующее режиму радиационно-неэффективной аккреции (RIAF). Иными словами, по мере замедления процесса поглощения вещества ядром менялась сама природа аккреции.
Несмотря на снижение яркости, влияние центрального объекта на межзвездный газ не уменьшилось. Молекулярный водород в центральных областях наблюдаемых галактик нагрелся сильнее, чем в обычных звездообразующих системах, причем температуры газа превышали прогнозируемые значения. Это свидетельствует о значительной роли джетов и турбулентных потоков, оказывающих воздействие на межзвездную среду.
По сути, авторы научной работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, увидели, что «тихие» активные ядра галактик не поглощают газ мгновенно и не выдувают его полностью. Они меняют его состояние: нагревают, ионизируют и создают неоднородности, тем самым меняя условия, при которых может происходить рождение новых светил.
Данное явление хорошо соответствует концепции положительной обратной связи, предполагающей, что активность черной дыры на каком-то этапе развития может не ограничивать, а наоборот, способствовать формированию новых звезд. Если подобные процессы происходили в ранней Вселенной, где в протогалактиках содержалось значительно больше газа, воздействие сверхмассивных черных дыр могло оказаться гораздо более значительным. Это означало бы, что в молодых галактиках происходил более быстрый прирост звездной массы и ускоренное развитие всей системы.
Новое исследование не завершает дискуссию о роли черных дыр в формировании галактик на ранних этапах развития Вселенной. Однако оно предоставляет дополнительные доказательства того, что даже самые «тихие» ядра галактик, демонстрирующие минимальную активность, являются не бездействующими центральными объектами, а играют важную роль в процессе эволюции галактик.