Naukowcy od dawna podejrzewali, że aktywne supermasywne czarne dziury mogą zabijać własne galaktyki macierzyste, ale nowe badania sugerują, że ci kosmiczni tytani przypominają bardziej seryjnych morderców, którzy mogą rozciągać swój morderczy szał na wiele lat świetlnych i niszczyć także sąsiednie galaktyki.
Dla naukowców „śmierć” galaktyki oznacza zahamowanie powstawania gwiazd. Supermasywne czarne dziury wiadomo, że powodują to podczas aktywnego żerowania, ponieważ podgrzewają spiżarnię z gazem i pyłem, prowokując zawartość materii do emisji silnego promieniowania. Promieniowanie to albo wypycha gaz, elementy budulcowe gwiazdy — w ten sposób głodząc same galaktyki i czarne dziury — lub po prostu podgrzewa ten gaz i zapobiega jego ochłodzeniu na tyle, aby zapadł się i narodził ciało gwiezdne. Obydwa skutki mogą spowolnić lub nawet zatrzymać powstawanie gwiazd.
Zhu i współpracownicy zwracają uwagę, że wpływ ten sugeruje istnienie „ekosystemu galaktycznego” podobnego do połączonych ekosystemów Ziemia w którym zmiany w jednym regionie mogą głęboko wpłynąć na warunki w innym.
„Aktywna supermasywna czarna dziura przypomina głodnego drapieżnika dominującego w ekosystemie” – powiedział. „Mówiąc najprościej, pochłania materię i wpływa na wzrost gwiazd w pobliskich galaktykach”.
Tam jest okolica!
Chociaż supermasywne czarne dziury o masach milionów, a nawet miliardów mas słoneczny Uważa się, że zamieszkują serca wszystkich dużych galaktyk, nie wszystkie z tych obiektów są kosmicznymi zabójcami. Na przykład Strzelec A* (Sgr A*) w sercu Droga Mleczna być może kiedyś wygasił powstawanie gwiazd w naszej galaktyce, ale dziś jest spokojnie, żyjąc na diecie odpowiadającej człowiekowi jedzącemu jedno ziarno ryżu co milion lat.
Aktywne supermasywne czarne dziury zachłannie żerują na materii z otaczającej je wirującej chmury zwanej dyskiem akrecyjnym. Ich ogromna grawitacja generuje siły pływowe w tym dysku akrecyjnym, które powodują intensywne tarcie, w wyniku czego powstają wysokie temperatury, które powodują, że ten obszar jasno świeci w całym spektrum elektromagnetycznym. Ten burzliwy obszar, Aktywne Jądro Galaktyczne (AGN), można zobaczyć z całego kosmosu jako zjawisko znane jako „kwazar”, często przyćmiewając połączone światło wszystkich gwiazd w galaktyce macierzystej.
Jednak nie cała materia dysku akrecyjnego jest kierowana do czarnej dziury. Część materii kierowana jest do biegunów supermasywnej czarnej dziury, skąd jest wyrzucana w postaci równoległych bliźniaczych dżetów poruszających się z prędkościami bliskimi prędkości światła. Dżety te mogą sięgać daleko poza granice galaktyki, w której znajduje się aktywna supermasywna czarna dziura.
Nic dziwnego, biorąc pod uwagę intensywne promieniowanie dysku akrecyjnego i gwałtowne wypływy reprezentowane przez te bliźniacze dżety, że aktywne supermasywne czarne dziury mają potężny wpływ na ewolucję swoich galaktyk macierzystych.
Od Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) rozpoczęli badania kosmosu, wyłonił się ciekawy wzór dotyczący kwazarów. Im masywniejsze i potężniejsze są te aktywne supermasywne czarne dziury, tym mniej wydają się być otoczone przez sąsiednie galaktyki. To ciekawe, ponieważ duże galaktyki zwykle znajdują się w skupieniach, a nie w izolacji.
„Byliśmy zaskoczeni” – wyjaśnił Zhu. „Czy drogi JWST był zepsuty?” dodał ze śmiechem. „Potem zdaliśmy sobie sprawę, że galaktyki mogą tam rzeczywiście istnieć, ale są trudne do wykrycia, ponieważ ich niedawne powstawanie gwiazd zostało stłumione”.
Zhu i współpracownicy zaczęli podejrzewać, że jasne kwazary mogą nie tylko tłumić powstawanie gwiazd na ich własnych galaktycznych podwórkach; mogą też przeszkadzać sąsiadom.
Aby zbadać możliwość, że aktywne supermasywne czarne dziury zabijają powstawanie gwiazd w sąsiednich galaktykach, zespół przystąpił do badania jednego z najjaśniejszych kwazarów, jakie kiedykolwiek widziano, J0100+2802. Kwazar ten istniał, gdy Wszechświat miał mniej niż 1 miliard lat, a jego centralnym silnikiem jest supermasywna czarna dziura o masie około 12 miliardów mas Słońca.
Za pomocą JWST naukowcy poszukiwali śladów zjonizowanego tlenu w galaktykach wokół J0100+2802, co jest oznaką niedawnego powstawania gwiazd. Odkryli, że ten ślad narodzin gwiazd był znacznie rzadszy w galaktykach znajdujących się w promieniu miliona lat świetlnych od potężnego kwazara niż w galaktykach znajdujących się poza tym promieniem. Wskazuje to na zgniecione powstawanie gwiazd w tych bliskich galaktykach.
„Wiadomo, że czarne dziury «zjadają» wiele rzeczy, ale podczas aktywnego procesu zjadania i w swojej świecącej formie kwazara emitują również bardzo silne promieniowanie. Intensywne ciepło i promieniowanie rozszczepiają molekularny wodór, który tworzy rozległe międzygwiazdowe obłoki gazu, ograniczając jego potencjał do akumulacji i przekształcania się w nowe gwiazdy” – powiedział Zhu. „Po raz pierwszy mamy dowód, że promieniowanie to wpływa na wszechświat w skali międzygalaktycznej.
„Kwazary nie tylko tłumią gwiazdy w swoich galaktykach macierzystych, ale także w pobliskich galaktykach w promieniu co najmniej miliona lat świetlnych”.
Zespół zamierza teraz szukać tego efektu w innych tak zwanych polach kwazarów, aby uzyskać wyraźniejszy obraz wpływu supermasywnych czarnych dziur na swoje kosmiczne sąsiedztwo.
„Zrozumienie, w jaki sposób galaktyki wpływały na siebie nawzajem we wczesnym wszechświecie, pomaga nam lepiej zrozumieć, jak powstała nasza własna galaktyka” – powiedział Zhu. „Teraz zdajemy sobie sprawę, że supermasywne czarne dziury mogły odegrać znacznie większą rolę w ewolucji galaktyk, niż kiedyś sądzono – działając jako kosmiczne drapieżniki, wpływając na wzrost gwiazd w pobliskich galaktykach we wczesnym okresie Wszechświata”.
Wyniki zespołu opublikowano 3 grudnia 2025 r. w Listy z dziennika astrofizycznego .
