Что движет галактиками? Ответ подскажет сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути
Галактики – огромные области в космосе, в которых сконцентрированы газ, пыль, звезды, планеты. Их динамика и структура вызывают интерес у ученых. Один из аспектов изучения галактик связан с их эволюцией. Что же движет ими и что превращает их в «мертвые» зоны? Ответ на этот вопрос пытаются найти специалисты. Возможно, он скрывается в самом сердце нашей галактики, где располагается черная дыра.
Строение Вселенной
Во Вселенной существует несколько миллиардов галактик. Они подразделяются на разные типы – спиральные, эллиптические, неправильные. Спиральные галактики, такие как Млечный Путь, характеризуются наличием спиральных ветвей, в то время как эллиптические имеют сферическую или эллипсоидную форму. Неправильные галактики не обладают четкой структурой.
Галактики варьируются по размеру и массе. Карликовые могут состоять из нескольких миллионов звезд, а гигантские – из нескольких триллионов. Помимо звезд в галактиках есть межзвездный газ и пыль, звездные скопления, планеты, темная материя.
Эволюция галактик
Галактики не являются чем-то неизменным. С момента зарождения они эволюционируют. Где-то этот процесс происходит более медленно, где-то – быстрее.
По предположениям ученых, галактики зародились из первичных облаков газа и пыли, которые были сформированы в результате небольших флуктуаций плотности в ранней Вселенной. Под действием гравитации эти облака начали сжиматься, что в итоге привело к образованию протогалактик. В ходе этого процесса температура в пространстве возрастала и начиналось звездообразование.
Стоит отметить, что звездообразование не является постоянным. В какой-то момент оно прекращается. Галактики становятся «мертвыми». Но что именно «выключает» звездообразование? Чтобы найти ответ на этот вопрос, ученые воспользовались современными технологиями.
Компьютерное моделирование и его результаты
Ученые решили воспроизвести эволюцию галактик с помощью компьютерного моделирования. Было известно, что в спиральных галактиках содержится много молодых звезд, светящихся синим цветом, в то время как в эллиптических галактиках есть только очень старые звезды, которые светятся красным. Спрингель из Института астрофизики Макса Планка в Гархинге (Германия) заявил, что при каждом запуске моделирования создавались эллиптические формы. Но они светились синим. То, что в реальности «отключает» процесс, не было учтено в компьютерной модели, так как специалисты не знали точно, от каких факторов это зависит.
Потом Спрингель сказал, что у команды появилась идея включить в моделирование сверхмассивные черные дыры. Они поглощали газ и при этом выделяли энергию. Внезапно в модели эллиптической галактики прекратилось звездообразование, и она стала «мертвой» и красной. Стало понятно, что черные дыры являются «двигателями» галактик.
Что такое черные дыры и как они «общаются» с галактиками
Черными дырами принято называть области пространства-времени с огромным гравитационным притяжением. Как предполагают ученые, они есть в центре всех галактик и их масса в миллионы, а то и в миллиарды раз больше массы Солнца.
Между черными дырами и галактиками происходит «общение». Наличие обратной связи было доказано учеными. Ее суть следующая:
- гравитация притягивает к центру галактики газ и пыль;
- частицы образуют вокруг черной дыры вращающийся аккреционный диск, нагреваются и превращаются в раскаленную добела плазму;
- черная дыра поглощает образующуюся материю, в результате чего выбрасывается энергия.
Данная обратная связь влияет на скорость звездообразования и характер газовых потоков во всей галактике.
Связь между размером черной дыры и количеством «строительного» материала, выбрасываемого из галактики
Чем больше черная дыра, тем больше газа выбрасывается из галактики и тем быстрее наступает «смерть» этой галактики из-за прекращения появления новых звезд. Именно к такому выводу недавно пришли ученые. Они объяснили, что звездообразование происходит благодаря холодному газу, который поступает из материи, падающей из межгалактического пространства.
С увеличением массы черной дыры объем холодного газа в галактических резервуарах уменьшается. Это может происходить не только из-за того, что черная дыра выбрасывает газ из галактики. Еще одна возможная причина – джеты из активной черной дыры могут нагревать окружающий межгалактический газ и тем самым препятствовать «питанию» галактики. Однако это всего лишь гипотеза, так как наблюдательных данных нет.
Изучение Млечного Пути
Современные технологии дают возможность заглянуть в космос. Но, как правило, это не позволяет ученым найти ответы на все волнующие вопросы, ведь галактики находятся очень далеко. Чтобы разобраться во всех нюансах, специалисты в первую очередь изучают Млечный Путь. Это галактика, в которой мы находимся. На данный момент она является для ученых самой мощной астрофизической «лабораторией».
Например, недавно специалистам удалось получить первое изображение черной дыры в центре Млечного Пути. Оно доказало то, что ожидали и давно предсказывали эксперты: черная дыра не является фантастикой, она существует, вращается и подчиняется общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
Загадки нашей галактики
Млечный Путь является довольно большим. Предполагаемое количество звезд – от 100 до 400 млрд. Радиус галактики – 50 тыс. световых лет.
Эксперты, изучая Млечный Путь, поняли, что он не похож на аналогичные космические объекты и все те гипотезы, которые были выдвинуты ранее относительно черных дыр и обратной связи, не совсем подходят для него. Это значит, что космос полон загадок, и человечество пока не может все их разгадать.
Чем же Млечный Путь необычен? Чтобы узнать ответ на этот вопрос, стоит обратить внимание на черную дыру, находящуюся в галактике. У нее есть название – Стрелец A*. Масса этой черной дыры составляет примерно 5 млн солнечных масс. При этом масса Млечного Пути – около 1,5 трлн солнечных масс. Ученые, используя моделирование, предсказывали, что Стрелец A* должен быть в 3–10 раз больше, чем в действительности.
Если черная дыра меньше предполагаемого размера, то ее влияние на галактику не должно быть слишком сильным. А это значит, что в Млечном Пути должны активно образовываться звезды. Но в действительности это не так. Ежегодно в галактике от 1,65 до 1,9 солнечной массы газа превращается в звезды. Моделирование и теоретические работы показывают, что это число должно быть в 150 раз больше.
Выводы ученых
Реальные данные, касающиеся Млечного Пути, указывают на то, что в космосе могут происходить процессы, о которых люди пока не догадываются. Например, сейчас многие ученые склоняются к тому, что в галактиках есть не только межзвездный газ, но и более плотный молекулярный газ. На него стоит обратить внимание. Экспертам предстоит проанализировать оба типа газа. Затем можно будет сравнить зависимость звездообразования от плотного молекулярного газа и масс черных дыр.
Также эксперты планируют применять вложенные симуляции. Специалисты считают, что одна из проблем изучения космоса кроется в масштабе. Галактики являются огромными, а черные дыры по сравнению с ними крошечны. И все это невозможно включить в одну огромную симуляцию. Для преодоления этого пробела ученые запустят проект, в котором будут использоваться вложенные симуляции. Они помогут построить согласованную модель, в которой все элементы будут влиять друг на друга. Дополнительно в поиске ответов на возникающие вопросы помогут дальнейшие наблюдения окологалактической среды с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба.