Czarne dziury: Nie niszczyciele, lecz obrońcy

Wizja artysty pokazująca dwubiegunowe strumienie gazu pochodzące z supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki. Kredyty: ESA/Hubble, L. Calçada (ESO)

Badanie wykazało, że galaktyki posiadają mechanizm regulacyjny podobny do serca i płuc, który kontroluje ich wzrost poprzez ograniczanie absorpcji gazu.

Ten mechanizm, z udziałem supermasywnej czarnej dziury i jej emisji strumieniowych, zapobiega zbyt szybkiemu rozszerzaniu się galaktyk, zapewniając im długowieczność i zapobiegając przedwczesnemu starzeniu się w "galaktyki zombie".

Galaktyki unikają przedwczesnej śmierci, ponieważ posiadają "serce i płuca", które skutecznie regulują ich "oddychanie" i zapobiegają niekontrolowanemu wzrostowi - sugeruje nowe badanie.

Gdyby tak nie było, Wszechświat zestarzałby się o wiele szybciej niż obecnie, a wszystko, co widzielibyśmy dzisiaj, to ogromne "galaktyki zombie" zarzywające martwe i umierające gwiazdy.

Tak twierdzi nowe badanie opublikowane w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, które bada jedną z wielkich tajemnic Wszechświata - dlaczego galaktyki nie są tak duże, jak oczekiwali astronomowie.

Coś zdaje się hamować ich ogromny potencjał, ograniczając ilość gazu, którą absorbują, by przekształcić w gwiazdy, co oznacza, że zamiast rosnąć bez końca, coś w nich opiera się na to, co uważano za nieunikniony wpływ grawitacji.

Ten klip pokazuje naddźwiękowy strumień generujący "działanie typu dmuchawa," otrzymując impulsy od swojego "serca" w postaci czarnej dziury, co powoduje, że roztacza się i kurczy "jak wypełnione powietrzem płuco," "wydychając ciepłe powietrze" (falę ciśnienia) do otoczenia. Osi grafiki nie są skalami odległości. Kredyty: C Richards/MD Smith/University of Kent

Teraz astrofizycy z Uniwersytetu Kentu uważają, że mogli ujawnić sekret. Sugerują, że galaktyki faktycznie mogą kontrolować tempo swojego wzrostu poprzez swoje "oddychanie."

W swojej analogii badacze porównali supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki do jej serca, a dwie dwubiegunowe naddźwiękowe strugi gazu i promieniowania emitowane do dróg oddechowych karmiących parę płuc.

Impulsy z czarnej dziury — czyli "serca" — mogą spowodować oscylowanie frontów uderzeniowych strumieniowo wzdłuż obu osi strumienia, podobnie jak przepona w ciele ludzkim porusza się w górę i w dół wewnątrz klatki piersiowej, by napompować i spuścić powietrze z obu płuc.

Może to skutkować szerokim przekazaniem energii strumienia do otaczającego medium, podobnie jak wydychamy ciepłe powietrze, co skutkuje spowolnieniem akrecji gazu przez galaktykę i jej wzrostem.

Dwa różne przykłady symulacji jednej strony symetrycznych dwubiegunowych strugów, gdzie fale ciśnienia rozprzestrzeniają się w przestrzeni międzygalaktycznej. Pokazane tutaj są wahania ciśnienia za pomocą skali kolorów (ciemny=niskie ciśnienie, jasny=wysokie ciśnienie). Każdy strumień wchodzi od lewej strony z ciśnieniem, które gwałtownie spada, gdy napotyka na medium otaczające. Osi nie są skalami odległości. Kredyty: C Richards/MD Smith/University of Kent

Student doktorancki Carl Richards wpadł na teorię po stworzeniu nowych, nigdy wcześniej niepróbowanych symulacji, by zbadać rolę naddźwiękowych strugów w hamowaniu wzrostu galaktyk.

Polegało to na pozwoleniu "sercu" czarnej dziury na bicie i podwyższaniu ciśnienia strumieni — podobnie jak forma nadciśnienia, jeśli rozszerzyć porównanie do ciała ludzkiego.

Spowodowało to, że strumienie "działały jak dmuchawy," powiedział, wysyłając fale dźwiękowe "jak fale na tafli stawu."

Fenomeny są podobne do ziemskiego odpowiednika fal dźwiękowych i uderzeniowych, które powstają podczas otwierania butelki wina szampana, pisku samochodu, wydechu rakiety i przebicia zamkniętych pod ciśnieniem przestrzeni.

Fale dźwiękowe (fale) w gorącym gazie, który wypełnia gromadę Perseus, są pokazane na tej wizji artysty. Są one uważane za generowane przez puste przestrzenie wypchane strumieniami z supermasywnej czarnej dziury (jasne białe miejsce) w centrum galaktyki. Kredyty: NASA/NASA/CXC/M.Weiss

"Zdaliśmy sobie sprawę, że strumienie musiałyby wspierać ciało — gaz otaczający galaktykę — i to odkryliśmy w naszych symulacjach komputerowych," powiedział Richards.

„Nieoczekiwane zachowanie ujawniło się, gdy analizowaliśmy symulacje komputerowe wysokiego ciśnienia i pozwoliliśmy na bicie serca.

„To spowodowało strumień impulsów do wysokociśnieniowych strumieni, powodując ich zmianę kształtu w wyniku działania typu dmuchawa oscylujących frontów uderzeniowych strumienia.”

Te przeciążone strumienie efektywnie rozprzestrzeniały się "jak wypełnione powietrzem płuca," powiedzieli badacze.

W ten sposób przekazywały fale dźwiękowe do otaczającej galaktyki w postaci serii fal ciśnienia, które następnie ustalono, że hamują wzrost galaktyki.