Галактиките успяват да избегнат ранна смърт, като ефективно регулират растежа си чрез механизми, подобни на „сърцето и белите дробове“, предполага ново проучване. 

Ако тези механизми не съществуваха, Вселената щеше да е пълна с масивни „зомби” галактики, съдържащи мъртви и умиращи звезди. 

Изследването, публикувано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, се занимава с мистерията защо галактиките не са по-големи от очакваното.

Инхибиран растеж на галактика

„Галактики се развиват под въздействието на газови потоци между тяхната междузвездна среда и заобикалящите ги газови ореоли, известни като окологалактична среда (CGM)“, пишат изследователите.

„Въпреки че CGM е значително по-малко плътен от свързаната с него междузвездна среда на галактиката, този огромен резервоар съдържа 3–5 пъти повече бариони и тежки елементи. Въпреки това, изчислените нива на звездообразуване в много галактики са по-ниски от очакваното предвид очакваните околни притоци на хладен газ от околната среда.“ 

"Въпреки че струите от активните галактически ядра (AGN) не са добре разбрани, може да е възможно преносът на енергия от газовите струи на AGN да загрее околната среда около галактиката домакин и да намали тези притоци."

Сърце в центъра на галактиките

Изследователите предполагат, че свръхмасивните черни дупки в центровете на галактиките действат като сърца, докато биполярните свръхзвукови струи, които излъчват, функционират като бели дробове, регулирайки „дишането“ и разпределението на енергията на галактиката. 

Тази регулация ограничава количеството газ, което галактиките абсорбират, за да се превърнат в звезди , като предотвратява неконтролирания растеж.

Фокус на изследването 

„Струи от активни ядра могат да осигурят нагряване, което смекчава охлаждането и натрупването от окологалактическата среда“, пишат авторите на изследването. 

„Въпреки че постоянните струи под свръхналягане могат да задвижат циркулационен поток, страничният трансфер на енергия рядко надвишава 3 процента от мощността на струята, след като първоначалният удар на носа е напреднал.“ 

„Тук изследваме дали импулсите в струи под високо налягане са способни на достатъчен страничен трансфер на енергия в околната среда. Ние отговаряме на това, като извършваме систематично проучване на числени симулации в осесиметричен хидродинамичен режим." 

Неочаквано поведение на галактиките

Докторантът Карл Ричардс разработи теорията чрез тези иновативни симулации, показвайки, че импулсите от черната дупка карат фронтовете на ударните струи да се колебаят, подобно на диафрагма в гръдна кухина. Това действие предава енергия в цялата галактика, забавяйки натрупването на газ и растежа. 

„Осъзнахме, че трябва да има някакво средство за джетовете да поддържат тялото – заобикалящия галактиката атмосферен газ – и това открихме в нашите компютърни симулации“, каза Ричардс. 

„Неочакваното поведение беше разкрито, когато анализирахме компютърните симулации на високо налягане и позволихме на сърцето да пулсира.“

Ударни вълни от струи под високо налягане 

Струите под високо налягане действат като мехове, изпращайки звукови вълни, които потискат разширяването на галактиката. Това е подобно на явлението, наблюдавано при звукови и ударни вълни, произведени от земни дейности, като отваряне на бутилка шампанско или изгорели газове на ракети. 

„Това изпрати поток от импулси в струите под високо налягане, карайки ги да променят формата си в резултат на действието, подобно на мех, на осцилиращите струйни ударни фронтове“, обясни Ричардс.

Устойчивост на неконтролиран растеж 

Доказателства в подкрепа на тази теория идват от наблюдения на вълни в извънгалактически среди, като тези в галактическия куп Персей, за които се смята, че са примери за звукови вълни . 

Тези вълни поддържат околната среда около галактиката, предотвратявайки прекомерния растеж. Конвенционалните космологични симулации се борят да обяснят потоците газ в галактиките, което води до мистерията на техния ограничен размер. 

Силно активната черна дупка в сърцето на галактиката осигурява необходимата устойчивост на неконтролиран растеж.

Постигане на правилния баланс на образуването на галактика

„Да направим това обаче не е лесно и имаме ограничения за вида на пулсацията, размера на черната дупка и качеството на белите дробове“, каза съавторът Майкъл Смит, астроном от университета в Кент. 

„Твърде бързото или твърде бавното дишане няма да осигури животворните тремори, необходими за поддържане на средата на галактиката и в същото време да поддържа сърцето снабдено с гориво.“

В допълнение, продължителността на живота на галактиките се удължава от тяхното вътрешно „сърце и бели дробове“, където свръхмасивният двигател на черна дупка в сърцевината му помага да възпрепятства растежа, като ограничава количеството газ, колабиращ в звездите от ранен етап. 

Този механизъм е позволил на галактиките да съществуват в сегашната си форма, предотвратявайки ги да изгорят и да се превърнат в галактики „зомбита“.