Intenzivno zračenje koje emitiraju aktivne supermasivne crne rupe, za koje se smatra da se nalaze u središtu većine, ako ne i svih galaksija, može usporiti rast zvijezda ne samo u svojoj matičnoj galaksiji, već i u galaksijama milionima svjetlosnih godina daleko, pokazuje studija Odjela za astronomiju Univerziteta Arizone.
„Ljudi misle da se, budući da su toliko udaljene jedna od druge, galaksije uglavnom razvijaju samostalno“, navode autori. „Međutim, otkrili smo da vrlo aktivna, supermasivna crna rupa u jednoj galaksiji može utjecati na druge galaksije milionima svjetlosnih godina daleko, što sugerira da bi evolucija galaksija mogla biti više grupni poduhvat.“
Ovu ideju nazivaju „ekosistemom galaksija“ i porede je s isprepletenim ekološkim sistemima na Zemlji. „Aktivna supermasivna crna rupa je poput gladnog predatora koji dominira ekosistemom. Jednostavno rečeno, ona proždire materiju i utječe na to kako zvijezde u obližnjim galaksijama rastu.“
Otkako su prvi put predviđene početkom 1900-ih, destruktivna i zagonetna priroda crnih rupa fascinira ne samo naučnike nego i javnost. Smatrane najekstremnijim objektima u svemiru, crne rupe imaju ogromnu masu i gravitaciju, sposobne su zarobiti obližnju materiju, pa čak i svjetlost ako im se previše približi.
Mali podskup, uključujući centralnu crnu rupu Mliječnog puta, poznat je kao „supermasivne“, s masama koje su milionima, a ponekad i milijardama puta veće od Sunčeve.
Kao što im naziv sugerira, crne rupe same po sebi su nevidljive. Međutim, kada supermasivne crne rupe aktivno proždiru okolnu materiju, mogu se pojaviti kao izuzetno svijetle tačke na teleskopskim snimcima, ponekad emitirajući stotine biliona puta više energije od Sunca.
Ove kosmičke „monstrume“ astronomi nazivaju kvazarima, fazom u životu crne rupe kada gas i prašina formiraju vrtložni disk koji oslobađa ogromnu energiju dok se uvija prema unutrašnjosti, često nadmašujući sjajem cijelu matičnu galaksiju.
Rane opservacije svemirskog teleskopa James Webb Space Telescope (JWST) ukazivale su na manji broj galaksija oko ogromnih kvazara u ranom svemiru. Taj rezultat bio je iznenađujući, jer se velike galaksije obično nalaze u gustim skupinama, a ne izolirano.
„Bili smo zbunjeni. Je li skupi JWST pokvaren? Onda smo shvatili da su galaksije možda zaista tamo, ali ih je teško otkriti jer je njihovo vrlo nedavno formiranje zvijezda bilo prigušeno“, navode naučnici.
Ta spoznaja dovela je do smjele nove ideje: mogu li ove izuzetno sjajne, supermasivne crne rupe utjecati ne samo na svoje galaksije, već i prigušiti formiranje zvijezda u susjednim galaksijama?
Kako bi testirali ovu ideju, proučavan je jedan od najsjajnijih kvazara ikada viđenih – J0100+2802, koji napaja supermasivna crna rupa mase oko 12 milijardi puta veće od Sunca. Svjetlost tog kvazara omogućava astronomima da vide svemir dok još nije navršio ni prvih milijardu godina.
JWST je korišten za mjerenje emisija specifičnog gasa zvanog O III, jonizirane verzije kisika koja prati vrlo nedavno formiranje zvijezda u galaksijama. Niži udio O III ukazuje na poremećaj idealnih uslova za formiranje zvijezda u velikim oblacima hladnog gasa.
Uočena je jasna razlika između galaksija unutar prečnika od milion svjetlosnih godina od moćnog kvazara: pokazivale su slabiju emisiju O III u odnosu na svoju ultraljubičastu svjetlost, što je u skladu s prigušenim, vrlo nedavnim formiranjem zvijezda.
„Poznato je da crne rupe ‘jedu’ mnogo toga, ali tokom aktivnog procesa hranjenja i u svom sjajnom kvazarskom obliku, one također emitiraju vrlo snažno zračenje. Intenzivna toplota i radijacija razbijaju molekularni vodik koji čini ogromne međuzvjezdane oblake gasa, gušeći njegov potencijal da se akumulira i pretvori u nove zvijezde“, objašnjavaju istraživači.
Zvijezdama su potrebni vrlo specifični uslovi za formiranje, uključujući velike rezervoare hladnog molekularnog vodika, koji služi kao osnovno gorivo za nastanak zvijezda.
Naučnici su već znali da kvazari, često smješteni u središtima mladih, brzo rastućih galaksija, mogu uništiti ovaj gas unutar svojih matičnih galaksija i tako zaustaviti lokalno formiranje zvijezda. Međutim, ostalo je nejasno proteže li se taj destruktivni utjecaj izvan matične galaksije kvazara.
Koristeći JWST za posmatranje svjetlosti kvazara koji je postojao prije više od 13 milijardi godina, istraživači su pronašli dokaze o prigušenom rastu zvijezda u mnogo većim razmjerama.
„Prvi put imamo dokaze da ovo zračenje utječe na svemir u međugalaktičkim razmjerama. Kvazari guše zvijezde ne samo u svojim matičnim galaksijama, već i u obližnjim galaksijama unutar prečnika od najmanje milion svjetlosnih godina“, navode autori studije.
Ovo otkriće bilo bi nemoguće bez JWST-a. Dok svjetlost s objekata udaljenih poput kvazara J0100+2802 stigne do Zemlje, širenje svemira rastegne njene talasne dužine duboko u infracrveno područje. Prethodni teleskopi nisu mogli jasno detektirati te slabe infracrvene signale, što JWST čini posebno sposobnim za proučavanje fenomena ranog svemira.
Naša galaksija, Mliječni put, vjerovatno je nekada imala vlastiti kvazar. Danas nije aktivan, ali istraživači se pitaju kako je taj kvazar utjecao na formiranje naše galaksije, kao i drugih galaksija u njenom okruženju. Nadaju se da će ispitati je li ovaj fenomen široko rasprostranjen u više kvazarskih područja i bolje razumjeti na koji način susjedni kvazari utječu na galaksije te postoje li i drugi, manje očigledni faktori.
Razumijevanje međusobnog utjecaja galaksija u ranom svemiru pomaže nam da bolje shvatimo kako je nastala i naša galaksija. Sada postaje jasno da su supermasivne crne rupe možda igrale mnogo veću ulogu u evoluciji galaksija nego što se ranije mislilo – djelujući kao kosmički predatori koji su u ranom svemiru oblikovali rast zvijezda u obližnjim galaksijama.