Nowe badania sugerują, że galaktyki unikają przedwczesnej śmierci dzięki supermasywnym czarnym dziurom, które działają jak "serca" i "płuca", regulując ich wzrost i zapobiegając ich nadmiernemu powiększeniu się.

Bez tego mechanizmu wszechświat starzałby się o wiele szybciej, a dzisiejsze galaktyki byłyby zalane martwymi i umierającymi gwiazdami.

Badanie opublikowane w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society dotyczy jednej z wielkich tajemnic wszechświata - dlaczego galaktyki nie są tak duże, jak się spodziewano.

Wydaje się, że coś ogranicza ich potencjał wchłaniania gazu, który przekształca się w gwiazdy, zamiast rosnąć w nieskończoność; coś wewnątrz opiera się grawitacji.

Astronomowie z Uniwersytetu w Kent wierzą, że odkryli sekret. Proponują, że galaktyki kontrolują swój wzrost poprzez sposób, w jaki "oddychają".

Badacze porównują supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki do serca, a dwa bipolarnie supersoniczne strumienie gazu i promieniowania, które emituje, do dróg oddechowych zasilających płuca.

Pulsacje czarnej dziury - lub "serca" - mogą prowadzić do oscylacji w czołach uderzeniowych strumieni, podobnie jak przepona w ludzkim ciele porusza się wewnątrz klatki piersiowej, aby wdmuchiwać i wydmuchiwać powietrze z płuc.

To prowadzi do przekazywania energii strumienia szeroko do otaczającego medium, spowalniając akrecję gazu i wzrost galaktyki.

Doktorant Carl Richards opracował tę teorię, używając nowych symulacji. Pozwolił czarnej dziurze pulsować i strumieniom być pod wysokim ciśnieniem, naśladując nadciśnienie w ludzkim ciele. To ustawienie spowodowało emisję fal dźwiękowych podobnych do fal na powierzchni stawu.

Fenomen ten jest podobny do fal dźwiękowych i uderzeniowych powstających przy otwieraniu butelki szampana, piszczeniu opon samochodowych, spalinach rakiety i łamaniu uszczelnień ciśnieniowych.

"Zrozumieliśmy, że musi istnieć sposób, w jaki strumienie wspierają ciało - otaczający gaz galaktyki - i odkryliśmy to w naszych symulacjach komputerowych," powiedział Richards.

"Nieoczekiwane zachowanie zostało ujawnione, gdy analizowaliśmy symulacje wysokiego ciśnienia i pozwoliliśmy sercu pulsować. To wysłało serię pulsacji do strumieni, powodując zmianę kształtu w wyniku działania oscylujących czołów uderzeniowych."

Te strumienie pod wysokim ciśnieniem efektywnie rozszerzały się "jak płuca pełne powietrza," powiedzieli badacze. W ten sposób przekazywały fale dźwiękowe do otaczającej galaktyki w formie serii fal ciśnieniowych, które następnie pokazały, że tłumią wzrost galaktyki.

Dowody na fale w mediach pozagalaktycznych, takie jak te obserwowane w gromadzie galaktyk Perseusza, wskazują na fale dźwiękowe generowane przez strumienie z supermasywnej czarnej dziury. Te fale były już uważane za odpowiedzialne za utrzymanie środowiska wokół galaktyk.

Konwencjonalne symulacje kosmologiczne nie są w stanie wyjaśnić przepływów gazu w galaktykach, co prowadzi do jednej z wielkich tajemnic wszechświata, więc opiera się na wysoko aktywnej czarnej dziurze w centrum galaktyki, aby zapewnić opór.

"Nie jest łatwo to osiągnąć, mamy ograniczenia co do rodzaju pulsacji, wielkości czarnej dziury i jakości płuc," powiedział współautor profesor Michael Smith.

"Oddychanie zbyt szybko lub zbyt wolno nie zapewni potrzebnych drgań, aby utrzymać medium galaktyczne i dostarczyć sercu paliwo."

Badacze doszli do wniosku, że długość życia galaktyki można wydłużyć za pomocą jej "serca i płuc," gdzie supermasywny silnik czarnej dziury pomaga hamować wzrost poprzez ograniczenie ilości gazu przekształcającego się w gwiazdy we wczesnych fazach.

Ten mechanizm pomaga w tworzeniu galaktyk, które widzimy dzisiaj.

Bez tego procesu galaktyki zużyłyby już swoje paliwo i wyginęły, jak niektóre "czerwone i martwe" lub "zombie" galaktyki.

Źródło: Royal Astronomical Society