Коэволюция галактик и сверхмассивных черных дыр

Образование и рост галактик в молодой вселенной является важной темой исследований для будущих гигантских телескопов, таких как телескоп Giant Magellan Telescope, а также космических миссий наблюдения, таких как космический телескоп James Webb Space Telescope. Кроме того, за последние годы значительную роль в понимании нами развития вселенной сыграло компьютерное моделирование космической эволюции галактик.

Коэволюция галактик и сверхмассивных черных дыр

Illustris TNG — симуляция звезд в сегодняшней вселенной. © The TNG Collaboration

Полученные при этом модели показывают, что детали эволюции галактик тесно связаны со свойствами этих галактик, такими как их размеры и скорость звездообразования. Эти свойства, в свою очередь, определяются газосодержанием галактики, движением газа (в основном кинетическим моментом), а также некоторыми неясными пока механизмами, которые регулируют звездообразование, например, взаимодействием с черной дырой. И, наконец, появляется все больше свидетельств корреляции между свойствами сверхмассивной черной дыры и ее родной галактики.

Черные дыры массой в миллионы или даже миллиарды солнечных масс существуют в центрах большинства галактик. Наиболее сильные активные черные дыры находятся в квазарах, и такие квазары были обнаружены в космическом свете тех эпох, которые относятся ко времени, когда вселенной было менее миллиарда лет. Это говорит о том, что в тот ранний период существовал некий симбиоз между каждой конкретной галактикой и ее черной дырой.

Масса, из которой аккумулируются черные дыры, может испускать мощные струи или ветры, которые изменяют аккрецию и сдувают вещество, что совсем нередко препятствует образованию звезд. Эти и другие данные помогают идентифицировать механизмы коэволюции между черными дырами и галактиками, а также понять взаимную зависимость развития популяций сверхмассивных черных дыр и галактик.

Астрономы Ларс Эрнквист и Райнер Вайнбергер из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) и их коллеги использовали крупномасштабное гидродинамическое моделирование под названием Illustris TNG, чтобы проследить эволюцию галактик и их черных дыр. Код компьютерной симуляции способен моделировать эволюцию широкого спектра черных дыр и свойств галактик по мере старения Вселенной. Исследователи удалось успешно воспроизвести наблюдаемую корреляцию между скоростью звездообразования и массой галактики.

В дополнение к многочисленным другим тенденциям, они смогли обнаружить, что тихие галактики (те, которые больше не образуют звезд) сначала активно проходят фазу сжатия, прежде чем начинают испытывать событие, связанное с торможением звездообразования. Они также обнаружили, что в космическую эпоху наибольшей активности звездообразования (около десяти миллиардов лет назад) до 20 процентов галактик содержали в себе активную сверхмассивную черную дыру.

kosmos-x.net.ru