Kosmičtí predátoři: Kvazary mohou potlačit vznik hvězd i milion světelných let daleko
Nová pozorování vesmírného dalekohledu Jamese Webba ukazují, že extrémně aktivní supermasivní černé díry dokážou potlačit vznik hvězd nejen ve své galaxii, ale i v okolních galaxiích vzdálených miliony světelných let.
Supermasivní černé díry nejsou jen kosmičtí „požírači“ hmoty – podle nového výzkumu mohou fungovat jako regulátoři hvězdotvorby i v galaxiích vzdálených milion světelných let. (ilustrace: NASA, ESA, Joseph Olmsted, CC BY-SA 4.0)
Supermasivní černé díry jsou dnes považovány za běžnou součást velkých galaxií – včetně té naší. Astronomové už delší dobu vědí, že aktivní černé díry dokážou ve své domovské galaxii brzdit vznik nových hvězd. Vypouští totiž obrovské množství energie, ta zahřívá okolní plyn a ten se pak nemůže zhroutit do hustých oblaků, z nichž se rodí hvězdy. Tomuto jevu se říká zpětná vazba černé díry a patří k nejžhavějším tématům současné astrofyziky.
Nový výzkum ale posouvá tuto představu ještě dál. Ukazuje se, že extrémně aktivní černé díry dokážou potlačit vznik hvězd nejen ve své galaxii, ale i v okolních galaxiích vzdálených miliony světelných let.
Studie publikovaná v časopise The Astrophysical Journal Letters, se zaměřila na mimořádně jasný kvazar J0100+2802. Ten pozorujeme v době, kdy měl vesmír pouhých 900 milionů let – tedy v období reionizace vesmíru, kdy se první hvězdy a galaxie začaly dramaticky prosazovat a měnit kosmické prostředí. Kvazar J0100+2802 je poháněn černou dírou s hmotností asi 12 miliard sluncí a patří k nejjasnějším ultrafialovým zdrojům své éry.
Neplodné galaxie
Hvězdy vznikají ze studených oblaků molekulárního vodíku (H₂). Pokud se však plyn zahřeje nebo rozštěpí silným UV zářením, nemůže se gravitačně zhroutit – a nové hvězdy se prostě nevytvoří. Vědci sledovali tzv. emisní čáru dvojnásobně ionizovaného kyslíku (O III). Tato čára je jedním z nejjasnějších signálů v oblastech, kde se právě rodí nové hvězdy – protože mladé, horké hvězdy ionizují okolní plyn.
Pomocí dalekohledu Jamese Webba astronomové porovnali intenzitu UV záření okolních galaxií a sílu emisní čáry ionizovaného kyslíku. Výsledek astronomy překvapil. Zatímco UV záření z galaxií zůstávalo podobné bez ohledu na vzdálenost od kvazaru, emise ionizovaného kyslíku výrazně slábla čím blíže byly galaxie ke kvazaru. To podle vědců znamená jediné – potlačení nedávné tvorby hvězd.
Proč u kvazarů chybí galaxie?
Dřívější pozorování JWST ukázala zvláštní věc: kolem extrémně jasných kvazarů v raném vesmíru se nacházelo méně galaxií, než se očekávalo. To bylo zvláštní, protože galaxie se běžně tvoří ve skupinách. Zpočátku si vědci dokonce kladli otázku, zda není něco v nepořádku s přístroji. Teď se ale zdá, že problém není v neexistenci galaxií, ale v tom, že v nich nedochází k intenzivní tvorbě nových hvězd, takže jsou obtížně detekovatelné.
Vedoucí autor studie Yongda Zhu přirovnal aktivní supermasivní černou díru k predátorovi ovládajícímu ekosystém. Když černá díra „hoduje“ na okolní hmotě, pohlcuje materiál, vytváří akreční disk a vyzařuje obrovské množství energie. Tato energie zahřívá mezihvězdné prostředí, rozbíjí molekuly vodíku, ionizuje okolní plyn a a tím zastavuje vznik nových hvězd. Jde o první přímý důkaz, že tento proces funguje v mezigalaktickém měřítku. Podle studie může být vliv patrný v okruhu nejméně jednoho milionu světelných let.
Dlouho se předpokládalo, že galaxie se vyvíjejí převážně samostatně. Výzkum Yongdy Zhu a jeho kolegů ale naznačuje, že ve skutečnosti mohou být mnohem více propojené, než jsme si mysleli. V raném vesmíru mohly supermasivní černé díry regulovat tempo růstu okolních galaxií, určovat, kde a kdy se rodí hvězdy a tím ovlivňovat strukturu kosmické sítě. Černé díry tak nemusely být jen „pasivní součástí“ galaxií, ale aktivními architekty kosmického vývoje.
Zatím jde o výsledek založený na jednom extrémním objektu. Dalším krokem bude prozkoumat více kvazarů z raného vesmíru a ověřit, zda jde o běžný jev. Tohoto úkolu by se mohl zhostit Vesmírný dalekohled Jamese Webba, který k tomu má ideální nástroje – širokoúhlý snímač NIRCam a spektroskop NIRSpec.
