Młoda, masywna galaktyka nagle przestaje rodzić gwiazdy, a Webb wskazuje winnego. To głodząca ją czarna dziura.
Astronomowie od dawna zastanawiali się, dlaczego część młodych galaktyk wygląda tak, jakby ktoś po prostu nagle wyciągnął im wtyczkę z gniazdka. Jedną z najbardziej zagadkowych była GS-10578, znana pod nieformalną nazwą Galaktyka Pabla. Jej światło leci do nas około 11 mld lat.
Widzimy więc obiekt istniejący zaledwie 3 mld lat po Wielkim Wybuchu, a już niezwykle dojrzały: masa rzędu 200 mld Słońc i większość gwiazd uformowana między 12,5 a 11,5 mld lat temu. Potem nagłe urwanie – produkcja nowych gwiazd praktycznie stanęła. W astronomicznym slangu mówi się, iż galaktyka umarła, stając się obiektem spokojnym, bez świeżych, gorących słońc. Tylko dlaczego stało się to tak wcześnie? Tu na scenę wchodzą Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba oraz sieć radioteleskopów ALMA w Chile.
Webb widzi spokojny dysk, ale w środku wrze
Najpierw Galaktykę Pabla dokładnie prześwietlił Webb. Z zewnątrz obiekt wygląda jak uporządkowany, obracający się dysk, bez śladów niedawnego zderzenia z inną galaktyką. A to właśnie gwałtowne kolizje często kończą się potężnymi wybuchami gwiazdotwórczej aktywności, a potem jej gwałtownym wyhamowaniem.
Spektroskopia Webba (analiza rozszczepionego światła) zdradziła jednak, iż w centrum działa supermasywna czarna dziura, która od dłuższego czasu wypluwa w przestrzeń strumienie gazu. Cząstki wyrzucane są z prędkościami dochodzącymi do około 3,5 mln km/h, czyli na tyle dużymi, by część materii całkowicie uciekła z pola grawitacyjnego galaktyki.
Innymi słowy, zamiast spokojnego wnętrza mamy potężny silnik, który wywiewa z wnętrza to, co w kosmosie jest najcenniejszym paliwem, a mianowicie zimny gaz służący do produkcji nowych gwiazd.
ALMA potwierdza: w zbiornikach niemal sucho
Aby sprawdzić, ile paliwa jeszcze zostało, naukowcy skierowali na Galaktykę Pabla sieć radioteleskopów ALMA. Szukali sygnału cząsteczek tlenku węgla, które są świetnym wskaźnikiem obecności zimnego wodoru – podstawowego budulca gwiazd.
Wynik okazał się jeszcze bardziej zaskakujący niż wcześniejsze obserwacje Webba. choćby przy jednym z najgłębszych nasłuchów tego typu obiektu nie udało się wykryć znaczących ilości zimnego gazu. Z perspektywy astrofizyków to tak, jakby zajrzeć do ogromnego zbiornika i zobaczyć jedynie resztki na samym dnie.
Brak gazu mówi jednak bardzo wiele. Skoro w Galaktyce Pabla prawie go nie ma, a jednocześnie widzimy szybkie strumienie materii wyrzucanej z okolic czarnej dziury, obraz zaczyna się składać w całość.
Śmierć głodowa zamiast jednego kosmicznego ciosu
Z połączonych danych Webba i ALMA wynika, iż Galaktyka Pabla nie została zabita jednym dramatycznym wydarzeniem. Nie było tu kolosalnego zderzenia, które jednym ruchem wyczyściłoby wnętrze z gazu. Zamiast tego supermasywna czarna dziura zachowywała się jak zawór, który raz po raz wypuszcza w kosmos porcje materii.
Każdy taki epizod podgrzewał i wypychał gaz z centralnych rejonów galaktyki, utrudniając mu tym samym powrót i ponowne zgęszczenie. Z biegiem dziesiątek milionów lat zbiorniki z paliwem były coraz pustsze. Jak czytamy na łamach Space.com, szacunki wskazują, iż przy tempie utraty około 60 mas Słońca rocznie zapasy mogły wyczerpać się w czasie od 16 do 220 mln lat – to w skali kosmicznej krótki epizod, podczas gdy zwykle na wyschnięcie galaktyki potrzeba choćby miliarda lat.
Można więc tu mówić bardziej o powolnym zaduszaniu, a nie o jednym, widowiskowym nokaucie. Czarna dziura nie zadała jednego ciosu, tylko latami podcinała dopływ świeżego gazu, aż fabryka gwiazd ostatecznie stanęła.
Dlaczego Pablo nie jest wyjątkiem, ale zapowiedzią?
Odkrycie wcale nie dotyczy wyłącznie jednej egzotycznej galaktyki z odległej przeszłości. Webb od początku swojej misji co chwilę trafia na masywne obiekty, które już 2-3 mld lat po Wielkim Wybuchu wyglądają na wypalone i pozbawione młodych gwiazd.
Przez długi czas te obserwacje wydawały się sprzeczne z modelami ewolucji Wszechświata. Jak to możliwe, iż część galaktyk tak gwałtownie kończy proces gwiazdotwórczy, skoro dopiero co się ukształtowały? Scenariusz, który rysuje Galaktyka Pabla, daje bardzo konkretną odpowiedź: wystarczy centralny potwór, który systematycznie zakręca kurek z paliwem.
Co ważne, sama galaktyka zachowuje przy tym uporządkowaną strukturę dysku. To sygnał, iż na wczesnych etapach ewolucji nie zawsze potrzebne są spektakularne kolizje – czasem to właśnie wewnętrzny silnik, czyli aktywna supermasywna czarna dziura, decyduje o tym, jak długo obiekt pozostaje żywy.
Co dalej z badaniami głodujących galaktyk?
Galaktyka Pabla stała się idealnym poligonem doświadczalnym dla duetu Webb + ALMA. Teleskop kosmiczny dostarcza szczegółowego obrazu gwiazd i gorącego gazu, a sieć radiowa podgląda najzimniejsze, niewidoczne w świetle widzialnym rezerwuary wodoru.
Naukowcy chcą teraz wykorzystać ten zestaw narzędzi do całej serii podobnych obiektów. jeżeli okaże się, iż powolne głodzenie przez czarne dziury jest powszechnym mechanizmem, będziemy musieli mocno zaktualizować nasz obraz tego, jak gwałtownie formują się i starzeją galaktyki w młodym Wszechświecie.
Dla kosmologów to bardzo dobra wiadomość, ponieważ wreszcie pojawia się spójne wyjaśnienie, dlaczego Webb widzi tak wiele starych galaktyk tam, gdzie teoretycznie powinno ich być niewiele. Dla samej Galaktyki Pabla nie ma to już znaczenia, bo jej czas gwiezdnej młodości minął dawno temu. Ale dzięki niej lepiej rozumiemy, jak bezlitosne potrafią być supermasywne czarne dziury wobec galaktyk, które je karmią.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
