Kosmički predatori: Kako supermasivne crne rupe usporavaju rast zvezda u obližnjim galaksijama

Intenzivno zračenje koje emituju aktivne supermasivne crne rupe – za koje se smatra da se nalaze u centru većine, ako ne i svih galaksija – može usporiti rast zvezda ne samo u svojoj matičnoj galaksiji, već i u galaksijama milionima svetlosnih godina daleko, kaže studija Odeljenja za astronomiju Univerziteta Arizone.

„Ljudi misle da se, pošto su toliko udaljene jedna od druge, galaksije uglavnom razvijaju samostalno“, kažu autori. „Međutim, otkrili smo da vrlo aktivna, supermasivna crna rupa u jednoj galaksiji može uticati na druge galaksije milionima svetlosnih godina daleko, što sugeriše da bi evolucija galaksija mogla više biti grupni poduhvat“.

Preporučujemo

Ovu ideju nazivaju „ekosistemom galaksija“ i porede sa isprepletenim ekološkim sistemima na Zemlji. „Aktivna supermasivna crna rupa je kao gladni predator koji dominira ekosistemom. Jednostavno rečeno, ona guta materiju i utiče na to kako zvezde u obližnjim galaksijama rastu“.

Otkako su prvi put predviđene početkom 1900-ih, destruktivna i zlokobna priroda crnih rupa fascinira ne samo naučnike, već i javnost. Smatrane najekstremnijim objektima pronađenim u univerzumu, crne rupe imaju ogromnu masu i gravitaciju, sposobne da zarobe obližnju materiju i čak svetlost ako se previše približi.

Mali podskup, uključujući centralnu crnu rupu Mlečnog puta, poznat je kao „supermasivne“, sa masama koje su milionima, a ponekad čak i milijardama puta veće od Sunčeve.

Kao što njihov naziv implicira, crne rupe su po sebi nevidljive. Međutim, kad supermasivne crne rupe aktivno proždiru okolnu materiju, mogu se pojaviti kao izuzetno svetle tačke na teleskopskim slikama, ponekad emitujući stotine biliona puta više energije od Sunca.

Ove kosmičke monstrume astronomi nazivaju kvazarima, fazom u životu crne rupe kad gas i prašina formiraju vrtložni disk koji oslobađa ogromnu energiju dok se uvrće u unutrašnjost – često nadmašujući sjajem celu matičnu galaksiju.

Izgledalo je da rane opservacije svemirskog teleskopa Džejms Veb (JWST) pokazuju manje galaksija oko ogromnih kvazara tokom ranog univerzuma. Taj rezultat je bio iznenađujući, pošto se velike galaksije obično nalaze u gustim grupama, a ne izolovano.

„Bili smo zbunjeni. Da li je skupi JWST bio pokvaren?! Onda smo shvatili da su galaksije možda zaista tamo, ali ih je teško otkriti jer je njihovo vrlo skoro formiranje zvezda bilo prigušeno“, kažu naučnici.

Ta spoznaja je dovela do smele nove ideje: Mogu li ove vrlo sjajne, supermasivne crne rupe uticati ne samo na svoje galaksije, već i prigušiti formiranje zvezda u susednim galaksijama?

U cilju testiranja ove ideje, proučavan je jedan od najsvetlijih kvazara ikad viđenih – J0100+2802, kog napaja supermasivna crna rupa sa otprilike 12 milijardi puta većom masom od Sunca. Svetlost iz ovog kvazara omogućava astronomima da vide univerzum kad još nije dostigao ni svojih prvih milijardu godina.

„Veb“ je upotrebljen za merenje emisija specifičnog gasa zvanog O III, jonizovane verzije kiseonika koja prati vrlo nedavno formiranje zvezda u galaksijama. Niža proporcija O III ukazuje na poremećaj idealnih uslova za formiranje zvezda u velikim oblacima hladnog gasa.

Primećena je jasna razlika između galaksija unutar prečnika od milion svetlosnih godina od moćnog kvazara: one su pokazale slabiju emisiju O III u odnosu na svoju ultraljubičastu svetlost, što je u skladu sa prigušenim, vrlo skorim formiranjem zvezda.

„Poznato je da crne rupe 'jedu' mnogo stvari, ali tokom aktivnog procesa jedenja i u svom sjajnom kvazarskom obliku, one takođe emituju vrlo jako zračenje. Intenzivna toplota i radijacija razbijaju molekularni vodonik koji čini ogromne, međuzvezdane oblake gasa, gušeći njegov potencijal da se akumulira i pretvori u nove zvezde“, kažu istraživači.

Zvezdama su potrebni vrlo specifični uslovi za formiranje, uključujući velike rezervoare hladnog molekularnog vodonika, koji funkcioniše kao sirovo gorivo za formiranje zvezda.

Naučnici su već znali da kvazari, često locirani u centrima mladih, brzo rastućih galaksija, mogu uništiti ovaj gas unutar svojih matičnih galaksija, zaustavljajući lokalno formiranje zvezda. Ostalo je nejasno, međutim, da li se ovaj destruktivni uticaj proteže izvan matične galaksije kvazara.

Koristeći JWST za posmatranje svetlosti od kvazara koji je postojao pre više od 13 milijardi godina, istraživači su pronašli dokaze o prigušenom rastu zvezda u mnogo većim razmerama.

„Prvi put imamo dokaze da ovo zračenje utiče na univerzum u međugalaktičkim razmerama. Kvazari guše zvezde ne samo u svojim matičnim galaksijama, već i u obližnjim galaksijama unutar prečnika od najmanje milion svetlosnih godina“, kažu autori studije.

Ovo otkriće bi bilo nemoguće s bilo kojim drugim teleskopom. To je zato što do trenutka kad svetlost od objekata udaljenih kao kvazar J0100+2802 stigne do Zemlje širenje univerzuma rastegne njegove talasne dužine daleko u infracrveno područje. Prethodni teleskopi nisu mogli jasno detektovati ove slabe infracrvene signale, što čini JWST specifično sposobnim za posmatranje fenomena ranog univerzuma.

Naša galaksija, Mlečni put, verovatno je nekad imala sopstveni kvazar. Danas nije aktivan, ali se istraživači pitaju kako je taj kvazar uticao na formiranje naše galaksije, kao i na druge galaksije u lokalnom okruženju. Nadaju se da će testirati da li je fenomen široko rasprostranjen preko više kvazarskih polja i bolje razumeti kako su tačno galaksije pod uticajem susednih kvazara i da li su drugi, manje očigledni faktori u igri.

Razumevanje kako su galaksije uticale jedna na drugu u ranom univerzumu pomaže da bolje razumemo kako je nastala naša galaksija. Sad shvatamo da su supermasivne crne rupe možda igrale mnogo veću ulogu u evoluciji galaksija nego što smo mislili – delujući kao kosmički predatori, utičući na rast zvezda u obližnjim galaksijama tokom ranog univerzuma.

(Telegraf Nauka/Phys.org)