Галактики. Большой путеводитель по Вселенной

Существует два основных эффекта, возникающих по мере того, как центральная черная дыра сбрасывает энергию в окружающую среду, – это нагрев межзвездного газа за счет прохождения ударных волн и ионизирующего излучения и фактическое удаление газа и пыли, когда они уносятся потоками, исходящими из растущей черной дыры (просто посмотрите на эти струи в галактике Центавр А: как они могут не влиять на межзвездную среду, проходя сквозь галактику?). Но каковы последствия? Газ в галактике, который был нагрет за счет инжекции энергии из растущей черной дыры, не способен образовывать новые звезды, потому что не может коллапсировать и формировать плотные протозвездные ядра, необходимые для начала синтеза (для этого нужно потерять эту дополнительную энергию). Или, что еще более драматично, газ полностью удаляется из местной окружающей среды. Итак, рост черной дыры оказывает влияние на рост окружающих звезд и тем самым регулирует рост балджа.

На снимке представлено изображение галактики в центре скопления Персея в рентгеновском излучении. Подобные раковине структуры – признак обратной связи от центральной галактики, вызванной истечениями из центральной сверхмассивной черной дыры, которая активно аккрецирует вещество. Поток отталкивает горячий газ, окружающий галактику и выявляемый в рентгеновском излучении, надувая «пузырьки» и «оболочки», которые распространяются наружу. Этот вид обратной связи регулирует рост массивных галактик, потому что он предотвращает гравитационную аккрецию слишком большого количества газа на центральную галактику, ограничивая тем самым ее звездную массу

По той же причине черная дыра не может поддерживать этот натиск бесконечно: в конце концов она удалит материал, который необходим для роста. Как только черная дыра перестает наращивать свою массу, энергия обратной связи отключается.

Однако через некоторое время окружающий газ начнет охлаждаться и снова падать внутрь (помните: гравитация терпелива и всегда готова к работе). Возможная масса черной дыры и балджа связана с общим резервуаром доступного материала, но взаимодействие роста черной дыры и образования новых звезд, окружающих ее, является формой регулирования, которая, как считается, приводит к наблюдаемой корреляции размеров центральной черной дыры и звездной массы балджа.

Острова в море газа

Механизм обратной связи является очень важной частью нашей нынешней модели роста галактик. Цель компьютерного моделирования, построенного на схемах формирования структуры, – «выращивание» галактик в игрушечных «вселенных». Если в модели не заложен принцип обратной связи, оно приводит к образованию слишком большого количества очень массивных галактик, которых мы не видим в реальности, – то есть когда ничто не противодействует гравитации, галактики становятся слишком большими. Обратная связь обеспечивает естественную модуляцию роста галактики, но это очень сложный процесс, поскольку он включает в себя множество различных астрофизических аспектов, многие из которых все еще довольно плохо изучены. Сегодня много усилий прилагается на то, чтобы пронаблюдать процесс обратной связи в действии. Важны не только черные дыры: любая энергия, которая сбрасывается в межзвездную среду, – будь то детонация сверхновых или звездных ветров и излучение самих звезд – играет роль в процессе обратной связи.

Механизмы обратной связи не просто влияют на скорость роста галактики: они также значимы для распределения и смешивания металлов, образующихся в звездах вокруг межзвездной среды. В некоторых случаях это рассеивание может даже спровоцировать выброс металлов из галактики во внегалактическое пространство. Один из способов увидеть данный процесс в действии – определить далекую галактику, которая находится на небе рядом с еще более далеким квазаром, но не полностью выровнена относительно него. Когда мы берем спектр фонового квазара и исследуем его, то можем найти линии поглощения от металлов из внегалактического пространства, связанные с галактикой переднего плана. Общим элементом является ионизированный магний, обладающий линиями поглощения, которые обнаруживаются в видимой части спектра и поэтому доступны для наблюдения.