Суперветры вокруг квазаров рассказали, почему галактики такие маленькие

Астрономы, похоже, выяснили природу загадочных суперветров – мощных скоростных потоков газа, которые наблюдаются благодаря подсвечивающим их квазарам. Это открытие поможет ответить на давно мучающий специалистов вопрос: почему галактики такие маленькие? Результат получен научной группой во главе с Питером Бартелем (Peter Barthel) из Гронингенского университета в Нидерландах и опубликован в издании Astrophysical Journal Letters.

"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, что такое квазары. Это сверхмассивные чёрные дыры в центрах далёких галактик, на которые падает мощный поток вещества. Это вещество ярко светится во всех диапазонах электромагнитных волн благодаря высокой температуре и мощному магнитному полю, в котором движутся заряженные частицы.

Излучение квазаров позволяет астрономам изучать не только сами "светильники", но и более холодную материю окружающих их галактик. В этом учёным помогают линии поглощения. Так называются участки в спектре, которые выглядят как глубокие и узкие провалы. Они образуются, когда то или иное химическое вещество, встретившееся излучению на его долгом пути к земным телескопам, поглощает энергию электромагнитных волн в узкой полосе частот.

У каждого вещества свои линии поглощения, поэтому астрономы могут узнать химический состав материи, "просвеченной" квазаром. А если использовать эффект Доплера, можно вычислить температуру этого вещества и скорость его движения.

Благодаря линиям поглощения углерода и магния в галактиках, окружающих некоторые квазары, давно уже были обнаружены мощные потоки относительно холодного вещества, которые астрономы называют суперветрами. Столь громкое слово было выбрано неслучайно: как-никак скорость такой струи измеряется тысячами километров в секунду.

Откуда берутся эти потоки? Связаны ли они с деятельностью квазара? Где они берут начало: в ближайших окрестностях чёрной дыры или в глубинах её родительской галактики? Как далеко простираются эти струи вещества?

На все эти вопросы не было ответа до самого недавнего времени. Но благодаря исследованию Бартеля и коллег многое стало понятнее.

Учёные использовали наблюдения космической инфракрасной обсерватории Herschel. Находясь на орбите, этот инструмент может фиксировать электромагнитное излучение, находящееся в самом сердце инфракрасного диапазона. На поверхности планеты удаётся ловить (и то с большим трудом) только его "края": ближний, примыкающий к видимому свету, и дальний, находящийся уже почти в епархии радиоволн.

Это даёт телескопу и работающим с его данными учёным уникальную возможность подробно изучать процессы, которые плохо видны в оптическом диапазоне – например, образование звёзд. Тут-то исследователей и ждало открытие.

Они обнаружили интересную статистическую взаимосвязь между суперветрами в галактике и темпом звездообразования в ней. В звёздных системах, для которых характерны эти впечатляющие потоки, образование новых светил идёт рекордными темпами.

Что здесь причина, а что следствие? Авторы полагают, что суперветры рождаются вспышками сверхновых, которые всегда сопровождают интенсивное рождение звёзд ("Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали и об этом).

В то же время не обнаружилось никакой зависимости между существованием суперветров и яркостью квазара. Поэтому учёным не удалось связать это явление с деятельностью чёрной дыры (например, с поеданием звёзд). По-видимому, роль квазара здесь сводится к функции просвечивающего "фонаря", благодаря которому учёные могут наблюдать потоки холодного газа.

Эти соображения заставляют авторов сделать вывод, что скоростные струи газа простираются на тысячи световых лет и оказывают сильное влияние на межзвёздную среду в галактике.

Как объясняется в пресс-релизе исследования, этот результат может приближать нас к ответу на вопрос, десятилетиями мучающий астрономов: почему галактики такие маленькие? Ничего из того, что мы знаем об образовании галактик, не запрещает им вырастать в сотни раз больше тех, которые наблюдаются в реальности. По-видимому, должен быть процесс, который останавливает рост галактики на каком-то этапе.

Предложенный авторами механизм является, как минимум, кандидатом на эту роль, поскольку является примером отрицательной обратной связи.

Чтобы понять, что это такое, достаточно снять крышку бачка унитаза. Пока поплавок лежит на самом дне, рычаг, к которому он прикреплён, открывает кран "до упора". Но, по мере того как бачок наполняется водой, поплавок всплывает всё выше и выше и постепенно перекрывает входящий поток воды. Получается, что чем больше воды уже налилось в бачок, тем меньше к ней ещё добавится.

Это и называется отрицательной обратной связью: чем больше есть, тем меньше добавится. Так, по мысли авторов, работает и звездообразование в галактиках: трескучий фейерверк легиона сверхновых создаёт суперветры, которые выметают газ прочь из галактики, и в конце концов звёзды становится "не из чего лепить". Так останавливается рост галактики.

Конечно, это пока лишь модель. Но, даже если она не подтвердится, статистическая взаимосвязь между существованием суперветров и темпами образования звёзд и сама по себе интригующее открытие. Теперь мы знаем о Вселенной немного больше, чем знали до этого. В этом и состоит миссия той восхитительной человеческой деятельности, которая называется наукой.

К слову, ранее мы писали об образовании звёзд "под самым носом" у гигантской чёрной дыры в центре Млечного Пути. И о целых "фабриках" по производству звёзд, которые кардинально меняют облик галактик.