Сверхмассивные черные дыры в «умирающих» галактиках стали тормозом звездообразования

Детальное исследование далеких квазаров продемонстрировало затухание процессов звездообразования на фоне крайне активных черных дыр в галактических центрах. Возможно, в ранней Вселенной черные дыры могли стать тормозом прогресса.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

Используя возможности широкоугольного обзора телескопа Subaru, астрономы обнаружили квазары, питаемые сверхмассивными черными дырами (СМЧД). Затем они изучили их с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). Работа показала, как формировались галактики и их центральные черные дыры 12,9 миллиарда лет назад.

На основе наблюдений с помощью JWST команда обнаружила, что родительские галактики этих квазаров набрали массу очень давно, а сейчас процесс звездообразования в них замедляется. Это является ключевым доказательством того, что сверхмассивные черные дыры сыграли важную роль в формировании самых ранних и быстрорастущих галактик.

Открытие стало возможным благодаря сочетанию возможностей широкоугольного обзора телескопа Subaru с беспрецедентной чувствительностью JWST в инфракрасном диапазоне. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.

В центрах галактик находятся сверхмассивные черные дыры, масса которых варьируется от миллионов до десятков миллиардов солнечных масс.

Черные дыры обычно делят на черные дыры звездной массы и СМЧД. Первые образуются в конце жизненного цикла крупных горячих звезд, а СМЧД находятся исключительно в центрах галактик. Считается, что они образовались на ранних этапах формирования галактик и росли за счет поглощения окружающей материи в течение космических промежутков времени. В период активности эти черные дыры поглощают окружающую материю в таком количестве, что не в состоянии ее полностью «усвоить». Они излучают излишки энергии, что делает их окружение видимым в виде чрезвычайно ярких квазаров.

Наблюдения за близлежащими галактиками показывают сильную корреляцию между массой галактики и массой ее центральной черной дыры. Это позволяет предположить, что галактики и черные дыры развивались вместе на протяжении космического времени — этот процесс известен как «совместная эволюция» (коэволюция). Однако когда и как началась эта совместная эволюция, остается неясным. Чтобы понять ее ранние этапы, астрономам нужно наблюдать за далекими галактиками в ранней Вселенной и дифференцировать вклад их звезд от активности черных дыр.

Международная группа исследователей, в которую вошли ученые из Института физики и математики Вселенной Кавли (Kavli IPMU, WPI) при Токийском университете и Национальной астрономической обсерватории Японии, наблюдала за двумя квазарами, J2236+0032 и J1512+4422, расположенными на расстоянии 12,9 миллиардов световых лет от Земли, с помощью ближней инфракрасной спектроскопии (NIRSpec) телескопа JWST.

Эти квазары были обнаружены в рамках стратегической программы Hyper Suprime-Cam Subaru (HSC-SSP) — широкоугольного обзора с помощью телескопа Subaru. Они были в числе объектов, за которыми велось наблюдение в первый год научной деятельности JWST.

Команда успешно обнаружила не только свет квазаров, но и линии поглощения нейтрального водорода, возникающие в звездах родительских галактик. Детальный анализ этих линий поглощения показал, что в последнее время (напомним, что речь идет о событиях, происходящих всего лишь через 900 миллионов лет после Большого взрыва) там образовалось очень мало новых звезд. Это позволяет предположить, что незадолго до наблюдаемого состояния в галактиках произошел крупный всплеск звездообразования, после которого рост либо замедлился, либо почти прекратился.

J2236+0032 и J1512+4422 — одни из самых удаленных известных галактик такого типа. Такое резкое изменение состояния галактик могло быть вызвано интенсивным излучением, испускаемым центральными черными дырами.

Комбинированный анализ данных ближней инфракрасной съемки, полученных с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», показал, что родительские галактики квазаров J2236+0032 и J1512+4422 массивны и содержат 60 и 40 миллиардов солнечных масс в пересчете на звезды и межзвездный газ.

Было совершенно неожиданно обнаружить такие зрелые галактики во Вселенной менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Что более удивительно, так это то, что в этих «умирающих» галактиках все еще есть активные сверхмассивные черные дыры.Масафуса Оноуэисследователь.

Предыдущие исследования показали, что активность сверхмассивных черных дыр может подавлять рост галактик, в которых они находятся, и способствовать переходу от активного звездообразования к фазе покоя. Исследование позволяет увидеть этот процесс в действии и дает новую подсказку для понимания крайне неоднозначной эволюции галактик и черных дыр в ранней Вселенной.

Об истории открытия 62 квазаров с помощью телескопа Subaru мы рассказали тут.

• космос

Поделиться