Редкие «красные гейзеры» раскрыли механизм мягкого подавления звездообразования черными дырами

Астрономы обнаружили механизм, объясняющий, почему некоторые крупные галактики прекращают формировать звёзды, оставаясь «тихими» на протяжении миллиардов лет. Разгадка кроется в редком классе галактик, известных как красные гейзеры, и в поведении находящихся в них сверхмассивных чёрных дыр. Новое исследование, основанное на данных обзора MaNGA, показывает, что медленные и упорядоченные потоки холодного газа внутри таких галактик подпитывают центральные чёрные дыры. Это, в свою очередь, позволяет чёрным дырам мягко подавлять звездообразование, не разрушая при этом саму галактику.

Красные гейзеры составляют лишь около 6–8 процентов близлежащих неактивных галактик. Их отличительная черта — наличие слабых, но огромных оттоков ионизированного газа на десятки тысяч световых лет, что считается признаком активности сверхмассивной чёрной дыры в центре. Однако источник топлива для этих чёрных дыр долгое время оставался загадкой. Чтобы её решить, международная группа учёных изучила данные по 140 галактикам-гейзерам, сосредоточив внимание на холодном нейтральном газе, который сложнее обнаружить, но который является ключевым для питания чёрных дыр.

Используя спектроскопические данные MaNGA и отслеживая газ по линии поглощения натрия D, исследователи составили карты его движения. Результат оказался неожиданным. Вместо хаотичного падения или бурного перемешивания газ медленно и плавно дрейфовал к центру галактики со скоростью около 47 километров в секунду, что составляет лишь около 10 процентов от скорости свободного падения. Движение газа было значительно более упорядоченным, чем движение окружающих звёзд.

Была обнаружена прямая связь между этим медленным притоком газа и активностью чёрной дыры. Примерно 30 процентов изученных галактик излучают радиоволны — признак активного ядра. В этих галактиках область, охваченная притоком холодного газа, оказалась примерно на треть больше, чем в красных гейзерах без радиоизлучения. Это указывает на то, что медленные потоки газа непосредственно питают чёрную дыру.

Исследование также показало влияние окружающей среды. Красные гейзеры, демонстрирующие признаки гравитационного взаимодействия с другими галактиками или прошлых незначительных слияний, содержали значительно больше притекающего газа. Взаимодействующие галактики имели примерно в 2,5 раза больше холодного газа, движущегося к центру, чем изолированные. Эти космические столкновения действуют как система дозаправки, поставляя свежее топливо, которое может поддерживать мягкую активность чёрной дыры в течение долгого времени.

Таким образом, учёные выявили саморегулирующийся цикл. Взаимодействия с другими галактиками или внутренние процессы направляют холодный газ к центру. Этот газ питает сверхмассивную чёрную дыру, которая, в свою очередь, высвобождает энергию. Энергия достаточна, чтобы нагреть газ и предотвратить его сжатие в новые звёзды, но не настолько велика, чтобы выбросить газ из галактики и разрушить её. Этот хрупкий баланс позволяет массивным галактикам оставаться спящими, даже располагая запасами звездообразующего материала.

Данное исследование предоставляет редкие прямые свидетельства такого процесса, отслеживая холодный газ в масштабах целых галактик. Однако работа имеет и ограничения: пока не удаётся проследить путь газа вплоть до самой чёрной дыры, и точная физика подавления звездообразования требует дальнейшего изучения. В дальнейшем команда планирует объединить наблюдения с данными более высокого разрешения и симуляциями, чтобы проследить газ ближе к ядру. Если подобные модели притока будут обнаружены и в других неактивных галактиках, красные гейзеры могут стать ключевой моделью для понимания того, как галактики во Вселенной стареют и тихо остаются в этом состоянии.

Результаты исследования были представлены на ежегодном собрании Американского астрономического общества и готовятся к публикации в журнале The Astrophysical Journal.