Как «сердце и легкие» галактики продлевают ей жизнь
Новое исследование предполагает, что галактики избегают преждевременной смерти, потому что у них есть «сердце и легкие», которые эффективно регулируют их «дыхание» и не позволяют им выйти из-под контроля.
Если бы этого не произошло, Вселенная старела бы гораздо быстрее, чем сейчас, и все, что мы видели бы сегодня, — это массивные галактики-зомби, изобилующие мертвыми и умирающими звездами.
Об этом говорится в новом исследовании, опубликованном в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, В котором рассматривается одна из величайших загадок Вселенной – почему галактики не такие большие, как ожидают астрономы.
Похоже, что-то подавляет его огромный потенциал, ограничивая количество газа, которое оно поглощает для превращения в звезды. Это означает, что вместо того, чтобы бесконечно расти, что-то внутри сопротивляется тому, что считалось неизбежной силой гравитации.
Теперь астрофизики из Кентского университета полагают, что, возможно, они открыли эту тайну. Они предполагают, что галактики могут контролировать скорость своего роста по тому, как они «дыхают».
В своей аналогии исследователи сравнили сверхмассивную черную дыру в центре галактики с ее сердцем и двумя сверхзвуковыми дипольными струями газа и радиации, которые они испускают в дыхательные пути, питающие легкие.
Импульсы черной дыры – или «ядра» – могут вызывать фронты реактивной ударной волны, которые колеблются взад и вперед вдоль двух осей струй, точно так же, как грудная диафрагма человеческого тела движется вверх и вниз внутри грудной полости, надувая и сдувая обе легкие.
Это может привести к тому, что энергия струи будет широко передаваться в окружающую среду, как мы вдыхаем теплый воздух, замедляя аккрецию и рост газа галактики.
Докторант Карл Ричардс придумал эту теорию после создания нового, никогда ранее не опробованного моделирования для исследования роли сверхзвуковых струй, которые могут играть в замедлении роста галактик.
Этот метод предполагает, что «сердцу» черной дыры придется биться, а струи находятся под высоким давлением — что-то вроде высокого кровяного давления, если сравнивать его с человеческим телом.
Из-за этого струи стали «подобны мехам», излучая звуковые волны, «подобные ряби на поверхности пруда», сказал он.
Это явление похоже на земной эквивалент звуковых и ударных волн, возникающих при открытии бутылки шампанского, скрипе автомобиля, выхлопе ракеты или проколе контейнеров под давлением.
«Мы поняли, что должен быть какой-то способ поддерживать объект — газ, окружающий галактику, — и это то, что мы обнаружили в ходе нашего компьютерного моделирования», — сказал Ричардс.
«Неожиданное поведение было обнаружено, когда мы проанализировали компьютерное моделирование высокого кровяного давления и сердцебиения.
«Это послало поток импульсов в струи высокого давления, заставив их изменить форму в результате сильфонного действия колеблющихся фронтов ударной волны струи».
По словам исследователей, эти струи гипердавления фактически расширялись, «как легкие, наполненные воздухом».
При этом они передавали звуковые волны в окружающую галактику в виде серии пульсаций давления, которые, как было затем показано, подавляли рост галактики.
Есть некоторые свидетельства существования пульсаций во внегалактических средах, например, наблюдаемых в близлежащем скоплении галактик Персея, связанных с массивными пузырями горячего газа, которые считаются примерами звуковых волн.
Уже считалось, что эта рябь отвечает за поддержание окружающей среды вокруг галактики, хотя механизма для ее создания не существовало.
Соответственно, традиционные космологические модели не могут объяснить потоки газа в галактики, что приводит к одной из величайших загадок Вселенной, поэтому они полагаются на высокоактивную черную дыру в ядре галактики, чтобы оказать некоторое сопротивление.
Соавтор исследования профессор Майкл Смит сказал: «Делать это непросто, и у нас есть ограничения на тип пульса, размер черной дыры и качество легких».
«Слишком быстрое или слишком медленное дыхание не обеспечит жизненно важную дрожь, необходимую для поддержания галактического центра и в то же время подпитывает ядро».
Исследователи пришли к выводу, что продолжительность жизни галактики можно продлить с помощью ее «сердца и легких», поскольку сверхмассивный двигатель черной дыры в ее ядре помогает сдерживать рост, ограничивая количество газа, коллапсирующего в звезды, на ранней стадии.
Они говорят, что это помогло создать галактики, которые мы видим сегодня.
Без этого механизма галактики к этому времени исчерпали бы свое топливо и вымерли, как это делают некоторые галактики с «красномертвыми» или «зомби».
Статья под названием «Моделирование импульсных струй избыточного давления: формирование сильфонов и рябь в галактической среде» Карла Ричардса и Майкла Смита была опубликована в журнале Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.