Астрофизики объявляют об открытии, которое могло бы переписать историю о том, как галактики умирают

На ежегодном собрании Американского астрономического общества в Сент-Луисе, штат Миссури, Эллисон Киркпатрик, доцент кафедры физики и астрономии Канзасского университета, объявит о своем открытии "холодных квазаров" - галактик с обилием холодного газа, которые все еще могут производить новые звезды, несмотря на наличие квазара в центре - прорывное открытие, которое опрокидывает предположения о созревании галактик и может представлять неизвестную до сих пор фазу жизненного цикла каждой галактики.

Квазар, или "квазизвездный радиоисточник", по сути, является сверхмассивной черной дырой на стероидах. Газ, падающий на квазар в центре галактики, образует "аккреционный диск", который может выбрасывать умопомрачительное количество электромагнитной энергии, часто обладая светимостью в сотни раз большей, чем обычная галактика. Как правило, образование квазара сродни галактической отставке, и долгое время считалось, что это сигнал об окончании способности галактики производить новые звезды.

"Весь газ, который накапливается на черной дыре, нагревается и испускает рентгеновские лучи", — сказал Киркпатрик. "Длина волны света, который вы испускаете, напрямую соответствует тому, насколько вы горячи. Например, мы с вами излучаем инфракрасный свет. Но то, что испускает рентгеновские лучи, является одним из самых горячих во Вселенной". Этот газ начинает притягиваться к черной дыре и двигаться с релятивистскими скоростями; у вас также есть магнитное поле вокруг этого газа, и он может закручиваться. Подобно тому, как возникают солнечные вспышки, струи вещества могут подниматься вверх через эти линии магнитного поля и отбрасываться от черной дыры. Эти струи, по сути, перекрывают доступ газа в галактику, так что больше никакой газ не может упасть на галактику и образовать новые звезды. После того как галактика перестает образовывать звезды, мы говорим, что это пассивная мертвая галактика".

Но в исследовании Киркпатрика около 10 процентов галактик, принимающих аккрецирующие сверхмассивные черные дыры, имели запас холодного газа, оставшийся после вступления в эту фазу, и по-прежнему образовывали новые звезды.

"Это само по себе удивительно", — сказала она. "Вся эта популяция представляет собой целую кучу различных объектов. Некоторые галактики имеют очень явные признаки слияния; некоторые из них очень похожи на Млечный Путь и имеют очень явные спиральные рукава. Некоторые из них очень компактны. Из этого разнообразного населения мы выделяем еще 10 процентов, которые являются действительно уникальными и неожиданными. Это очень компактные, голубые, светящиеся источники. Они выглядят точно так же, как и сверхмассивная черная дыра на последних стадиях после того, как она погасила все звездообразование в галактике. Это эволюционирует в пассивную эллиптическую галактику, но и в них мы обнаружили много холодного газа. Это та популяция, которую я называю "холодными квазарами"".

Астрофизик подозревает, что "холодные квазары" в ее исследовании представляют собой короткий период, который еще предстоит распознать в конечных фазах жизни галактики - с точки зрения человеческой жизни, мимолетная фаза "холодного квазара" может быть чем-то сродни вечеринке по случаю выхода галактики на пенсию.

"Эти галактики редки, потому что они находятся в переходной фазе - мы поймали их прямо перед тем, как звездообразование в галактике угасло, и этот переходный период должен быть очень коротким", — сказала она.

Киркпатрик впервые определила объекты, представляющие интерес, в области Sloan Digital Sky Survey, самой подробной цифровой карты Вселенной из доступных. В районе, названном "Stripe 82", Киркпатрик и ее коллеги смогли визуально идентифицировать квазары.

"Затем мы обследовали эту область с помощью телескопа XMM Newton и изучили ее в рентгеновском диапазоне", — сказала она. "Рентгеновское излучение является ключевым признаком растущих черных дыр. Затем мы обследовали ее с помощью космического телескопа "Гершель", дальнего инфракрасного телескопа, который может обнаружить пыль и газ в галактике-хозяине. Мы отобрали те галактики, которые смогли обнаружить как в рентгеновском, так и в инфракрасном диапазоне".

Исследовательница сказала, что ее результаты дают ученым новое понимание и детализацию того, как происходит гашение звездообразования в галактиках, и опровергают предположения о квазарах.

"Мы уже знали, что квазары проходят через фазу с пылевым затмением", — сказала Киркпатрик. "Мы знали, что они проходят через сильно затененную фазу, когда пыль окружает сверхмассивную черную дыру. Мы называем это фазой красного квазара. Но теперь мы обнаружили этот уникальный переходный режим, о котором мы раньше не знали. Раньше, если бы вы сказали кому-то, что нашли светящийся квазар, который имеет голубой оптический цвет, но при этом в нем много пыли и газа, и много звездообразования, люди бы сказали: "Нет, не так эти объекты должны выглядеть""".

Далее Киркпатрик надеется определить, происходит ли фаза "холодного квазара" с определенным классом галактик или с каждой галактикой.

"Мы думали, что все происходит так: у вас есть растущая черная дыра, ее окутывают пыль и газ, она начинает выдувать этот материал", — сказала она. "Затем она становится светящимся голубым объектом. Мы предполагали, что когда она выдует свой собственный газ, она выдует и газ своего носителя. Но, похоже, с этими объектами дело обстоит иначе. Они выдули свою собственную пыль, поэтому мы видим их как голубые объекты, но они еще не выдули всю пыль и газ в галактиках-хозяевах. Это переходная фаза, скажем, длительностью 10 миллионов лет. В масштабах вселенского времени это очень мало, и поймать эту штуку очень сложно. Мы проводим так называемое слепое исследование, чтобы найти объекты, которые мы не искали. И, найдя эти объекты, это может означать, что такое происходит с каждой галактикой".