Czarne dziury o masach milionów Słońc hamują narodziny nowych gwiazd – twierdzą astronomowie. Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge rozstrzygnęli trwającą od dwudziestu lat debatę na temat powstawania gwiazd dzięki wykorzystaniu uczenia maszynowego i trzech najnowszych symulacji, które wsparły wyniki dużego przeglądu nieba.
Powstawanie gwiazd w galaktykach od dawna stanowi główny punkt badań astronomicznych. Dziesiątki lat udanych obserwacji i modelowania teoretycznego zaowocowały dobrym zrozumieniem tego, w jaki sposób gaz zapada się i tworzy nowe gwiazdy zarówno w naszej Drodze Mlecznej, jak i poza nią. Jednak dzięki programom obserwacyjnym obejmującym całą przestrzeń kosmiczną, takim jak Sloan Digital Sky Survey (SDSS), astronomowie zdali sobie sprawę, że nie wszystkie galaktyki w lokalnym Wszechświecie są gwiazdotwórczo aktywne – istnieje liczna populacja obiektów „spokojnych”, które tworzą gwiazdy ze znacznie mniejszą prędkością.
Pytanie, co powstrzymuje powstawanie gwiazd w galaktykach, pozostaje największą niewiadomą w naszym rozumieniu ewolucji galaktyk i przedmiotem debaty od ponad dwudziestu lat. Joanna Piotrowska wraz z zespołem Kavli Institute for Cosmology w Cambridge przeprowadziła eksperyment, aby dowiedzieć się, co może za to odpowiadać.
Wykorzystując trzy najnowocześniejsze symulacje kosmologiczne – EAGLE, Illustris i IllustrisTNG – astronomowie zbadali, czego mogliby się spodziewać w rzeczywistym Wszechświecie obserwowanym przez SDSS, gdyby różne procesy fizyczne powstrzymywały powstawanie gwiazd w masywnych galaktykach. Badacze zastosowali algorytm uczenia maszynowego do klasyfikacji galaktyk na gwiazdotwórcze i spokojne, pytając, który z trzech parametrów – masa supermasywnych czarnych dziur znajdujących się w centrach galaktyk (te monstrualne obiekty mają zwykle miliony, a nawet miliardy razy większą masę niż naszej Słońce), całkowita masa gwiazd w galaktyce lub masa halo ciemnej materii wokół galaktyk – pozwala najdokładniej przewidzieć, jak potoczą się losy galaktyk.
Parametry te umożliwiły zespołowi ustalenie, jaki proces fizyczny – zastrzyk energii od supermasywnej czarnej dziury, wybuchy supernowych czy szokowe podgrzewanie gazu w masywnych halo – jest odpowiedzialny za zmuszanie galaktyk do przejścia w stan pół-emerytury.
Nowe symulacje przewidują, że masa supermasywnej czarnej dziury jest najważniejszym czynnikiem hamującym powstawanie gwiazd. Co bardzo istotne, wyniki tych symulacji pokrywają się z obserwacjami lokalnego Wszechświata, co dodaje wagi tym odkryciom. Wyniki symulacji zostały opublikowane w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.
To naprawdę ekscytujące, że symulacje przewidują dokładnie to, co widzimy w rzeczywistym Wszechświecie – powiedziała Piotrowska. Supermasywne czarne dziury – obiekty o masach odpowiadających milionom, a nawet miliardom Słońc – naprawdę wywierają ogromny wpływ na swoje otoczenie. Te monstrualne obiekty zmuszają galaktyki będące ich gospodarzami do swoistej pół-emerytury od tworzenia gwiazd.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Supermassive black holes put a brake on stellar births
- On the quenching of star formation in observed and simulated central galaxies: evidence for the role of integrated AGN feedback
Źródło: Uniwersytet w Cambridge
Na ilustracji: Galaktyka Wiatraczek (M 101). Źródło: Cambridge University
