Как галактики и сверхмассивные черные дыры растут вместе

За последние два десятилетия астрономы пришли к выводу, что в большинстве, если не во всех, галактиках имеются массивные черные дыры в их центрах, а массы черной дыры и ее галактики взаимосвязаны. Но как эти два объекта связаны? Студент Гавайского университета в Институте астрономии Маноа (IfA), участвующий в программе Исследовательского опыта для студентов (REU) Национального научного фонда (NSF), возможно, раскрыл часть ответа на этот вопрос. Ребекка Минсли принимала участие в программе REU IfA 2019 года и работала в течение 10 недель со своим наставником - заместителем исследователя проекта телескопа Маунакеа (MSE) Андреей Петрик. Тщательно просматривая сотни снимков галактик, Минсли начала определять более четкую картину эволюции галактики. «Рост галактики может быть обусловлен взаимодействием с другими галактиками, которые способствуют появлению сверхмассивных черных дыр (СМЧД), которые растут в центре галактики», - объяснил Минсли. Газ и пыль между звездами, называемые межзвездной средой, является топливом как для роста СМЧД, так и для образования новых звезд. Но недавняя работа показывает, что межзвездная среда может иметь разные свойства - она теплее в галактиках, в которых в ядрах имеется растущая сверхмассивная черная дыра, по сравнению с теми галактиками, которые этого не делают. Более теплый газ с меньшей вероятностью коллапсирует в новые звезды, поэтому это открытие может указывать на то, что растущая центральная СМЧД уменьшает способность галактики создавать новые звезды. Что может быть ответственным за нагрев межзвездной среды? Звездный свет, особенно от горячих звезд, может сделать это. Но взаимодействия между галактиками - когда они сталкиваются или даже просто проходят близко друг к другу - может вызвать крупномасштабные ударные волны, которые сжимают менее плотный газ, увеличивая вероятность формирования звезд. Минсли изучила формы 630 галактик, используя изображения сделанные телескопом Pan-STARRS. Она классифицировала галактики на слияния, ранние слияния и не слияния, а затем сравнила эти формы со световым излучением тех же самых галактик на более длинных средних инфракрасных длинах волн, где она могла бы изучить свойства межзвездной среды. «Когда галактики приближаются друг к другу достаточно близко, они изображают своего рода галактический танец, пока в конечном итоге не объединяются в единое целое. Эти взаимодействия имеют хорошо документированные признаки, которые позволили мне классифицировать наш набор галактик», - сказала Минсли. «Этот проект показал мне сложность и запутанность всех процессов, происходящих внутри галактик». Минсли и ее коллеги обнаружили, что в галактиках с активными черными дырами межзвездная среда теплее, отношения теплого молекулярного газа к другим хладагентам выше, а другие характеристики частиц пыли имеют более широкий диапазон значений, чем в галактиках, где черные дыры находятся в состоянии покоя. «В соседней вселенной мы обнаруживаем, что теплая межзвездная среда галактик, в которых растут СМЧД в их центрах, отличается от тех, которые этого не делают», - объясняет Петрик. «Мы предполагаем, что те же самые процессы, которые направляют топливо в СМЧД, также передают энергии обратно в межзвездную среду галактики». Петрик добавляет, что будущие, более подробные наблюдения, позволят исследователям подтвердить эти процессы передачи энергии. Эта работа опубликована в выпуске Astrophysical Journal от 10 мая и доступна в виде препринта на ArXiv.