Квазари та їх роль в еволюції галактик
Надмасивні чорні діри, що приховані в ядрах галактик можуть бути серйозною загрозою для утворення нових поколінь зірок. Хоча зараз більшість цих монстрів "сплять", але так було далеко не завжди. І принаймі у ранньому Всесвіті вони діяли, як справжні руйнівники, які з радістю нищили свої батьківські галактики.
Активні галактичні ядра
Приблизно 10% всіх галактик Всесвіту - є активними. Це означає, що вони мають невелике ядро випромінювання, яке дуже яскраве і водночас дуже мінливе. Енергія, яку випромінює галактика це по суті сукупність випромінювання, яку випромінює матерія, яка знаходиться у галактиці. Але для активних галактик все трохи інакше, вони випромінюють значно більше енергії, яку астрономи фіксують на інфрачервоних, рентгенівських, рентгенівських довжинах хвиль.
Загально прийнято вважати, що більшість(якщо не всі) великі галактики мають надмасивну чорну діру в своєму ядрі. Тому науковці пов'язують надлишкове випромінювання саме з ними.
Коли речовина падає на чорну діру кутовий момент її змушує обертатися по спіралі і формувати диск. Цей диск, який називають акреаційним під дією гравітації обертається надзвичайно швидко, а газ через тертя нагрівається до колосальних температур.
Саме по цій причині матерія яскраво випромінює фактично у кожному діапазоні електромагнітних хвиль. Поблизу чорної діри, що кружляє навколо неї може бути викинутої назовні. Це виглядає як струмені частинок, що вириваються з диску перпендикулярно до чорної діри і рухаються зі швидкістю близької до швидкості світла. Ці промені називають - джетами. Природа цього явища все ще вивчається, але найімовірніше струмені - є результат взаємодії величезних магнітних полів чорної діри з акреаційним диском. Такі галактики стають потужними джерелами радіохвиль.
Найпоширенішими типами глактик з активними ядрами є так звані сайфертівські галактики. Вони були відкриті у 1943 році Карлом Сейфертом. Хоча їх відносять до активних, такі галактики виглядають цілком звичайними за винятком яскравою зіркою по середині.
З усіх активних галактик сайфертівські виділяють найменше енергії, тим не менш вони досить яскраві на всіх довжинах хвиль. Загалом такі галактики це ніби квазари на "мінімалках", які не настільки яскраві щоб не можна було побачити саму галактику.
Натомість квазари - це найпотужніший прояв активних галактик. Яскравість квазарів можуть перевищувати яскравість батьківської галактики навіть у тисячі разів.
Вчені вже ідентифікували понад 1 мільйон таких об'єктів, найближчий з яких має назву Markarian 231. Цей квазар розташований на відстані близько 600 мільйонів світлових років від нас.
Однак набагато більше подібних об'єктів астрономи знаходять у більш віддаленому та старому космосі. Найвіддаленіший від нас випромінював на відстані 13 мільярдів світлових років від нас.
Відсутність неподалік настільки потужних ядер не означає, що їх ніколи не було в нашій ділянці космосу і це скоріше означає, що квазари народжувалися переважно у ранішньому Всесвіті.
Це пов'язано з тим, що молодий Всесвіт незабаром після Великого Вибуху був заповнений величезними хмарами молекулярного газу, тому надмасивні чорні діри мали багато матеріалу для поглинання.
Чорна діра в центрі нашої галактики Стрілець А* можливо пережила таку короткочасну активність приблизно 3,5 мільйони років тому. Вибух під назвою спалах сейферта створив два конусоподібні конуси, що вирвалися з ношої галактики.
Група астрономів знайшла докази що цей вибух вплинув на так званий магелановий потік - смуга газу та зірок, що рухаються від магеланових хмар до Чумацького шляху. Також цей спалах пов'язують з бульбашками плазми, що здіймаються над диском нашої галактики. Які отримали назву - бульбашки Фермі.
Бульбашки Фермі уперше виявлені у 2010 році - це хмари іонізованого газу масою кілька мільйонів Сонць і їх можна побачити тільки в діапазоні гамма-променів. Хоча їх наявність досі є предметом досліджень, але їх наявність - є найкращим проявом активності нині сплячої чорної діри в центрі нашої галактики.
Як квазари впливають на свої галактики?
Коли чорна діра "вибухає" квазаром енергія розповсюджується не тільки перпендикулярно до диска галактики, але суттєво впливає на сам диск. Потоки заряджених частинок рухатимуться вздовж площини галактики змітаючи все на своєму шляху.
У 2020 році група науковців використовуючи телеском Габбл вирішила дослідити ці процеси у 13-х далеких квазарах. Спостерігаючи за ними в ультрафіолетовому діапазоні науковці виявили потоки газу рухалися диском галактики від ядра і назовні. Цей рух був помітний завдяки ефекту Доплера. Спектри речовини на шляху жорсткого випромінювання квазара зміщувалися у червону або блакитну частину спектру. За цими зміщення астрономи зазвичай визначають швидкість руху об'єктів відносно Землі.
Виявилося, що випромінювання квазара може розганяти навколишній газ у кілька відсотків до швидкості світла. При чому речовина, яку стискає хвиля випромінювання може нагріватися до мільярдів градусів. Це та речовина, яка мала стати основою для народження нових зірок. Про те квазар її буквально змітає з диску галактики у міжгалактичний простір. Найпотужніші витоки газу були зафіксовані у квазарі SDSS J1042+1646. Швидкість вітру, яку вдалося виміряти склала 69 мільйонів км/год. І це найбільша швидкість речовини коли небудь зафіксована у космосі.
Нажаль цей неймовірно гарячий та швидкий газ завдає величезної шкоди батьківській галактиці. Впродовж одного року квазар може виштовшнути в міжгалактичний простір такий який потрібний для утворення кількох сотень Сонць. То ж повільно квазари знищують свої галактики.
Втрата речовини це лише один із наслідків, що позначається на її зореутворенні. Річ у тім, що формування зірок залежить не тільки від наявності газу а і від його температури. Для зореутворення молекулярний водень має бути дуже холодний. Саме холодні хмари молекулярного газу мають можливість стискатися під дією власної сили тяжіння і в результаті утворювати нові зірки.
Якщо їх температура буде занадто високою молеули будуть рухатися занадто швидко створюючи таким чином надлишковий внутрішній тиск, що спрямований назовні. Тобто тепла хмара прагнутиме до розширення протидіючи стисканню. За таких умов внутрішній тепловий тиск може перемагати і хмара так і не сколапсує, а отже не засяє новою зіркою. Очевидно, що квазари вивільняючи велику кількість радіації здатні суттєво нагрівати хмари газу і це має остаточно пригнічувати будь яке зореутворення.
Втім є і інший бік цієї історії адже вітер із заряджених частинок, що рухається диском галактики має також стискати хмари газу, що навпаки сприятиме зореутворенню. Власне наша Сонячна система народилася із хмари газу та пилу, яка спочатку була в гідростатичній рівновазі, але завдяки початковому збуренні, наприклад вибуху наднової неподалік вона почала стискатися і в підсумку народилося наше Сонце. Тому можливо вплив квазарів на галактики може бути не тільки деструктивним, а навпаки можуть сприяти зореутворенню.
Квазар, що впливає на сусідні галактики
Деякі ядра активних галактик можуть впливати на найближче галактичне сусідство. Наприклад, у 2011 році за допомогою рентгенівської обсерваторії Chandra астрономи побачили як активне галактичне ядро спровокувало спалах зореутворення не в батьківській галактиці, а в галактиках навколо неї. Ця група галактик знаходиться на відстані 10 мільярдів світлових років від нас. Маса чорної діри активної галактики 30 мільйонів сонячних мас - це середня маса надмасивних чорних дір. Астрономи зафіксували цей спалах, що знаходиться від активної галактики на відстані менше 1,5 мільйонів світлових років. Таким чином цей місцей кластер менший ніж наша місцева група галактик.
Основну увагу астрономів привернуло те, що ці галактики дуже блакитні, що свідчить про значні темпи утворення нових зір. На основі їхньої яскравості астрономи підрахували, що швидкість зореутворення може сягати від 8-60 сонячних мас на рік, що в кілька разів інтенсивніше ніж у межах Чумацького Шляху.
За допомогою Chandra астрономи побачили струмені речовини з центру активної галактики на відстань більше 1 мільйона світлових років. Потужні промені квазара зупиняється в міжгалактичному просторі що оточує галактики. Там вони створюють величезні ударні хвилі та іноді нагрівають цей матеріал до мільйона градусів.
4-и найбільш яскраві галактики(на фото вище) знаходяться на межі ударної хвилі, тому астрономи приходять до висновку, що все це пов'язано. Ударна хвиля проривається в ці галактики і стискає в них холодні хмари молекулярного водню, що призводить до спалаху зореутворення.
Раніше астрономи вже спостерігали, як стурмені квазарів вражали інші галактики, але вперше вони побачили, як така подія впливала на те, що відбувається в середині галактик, які вони вражали, зокрема на народження нових зірок.
