Černé díry brzdí růst galaxií: Jejich výtrysky zahřívají plyn, z něhož by mohly vznikat nové hvězdy

Velké galaxie, jako je naše Mléčná dráha, obsahují stovky miliard hvězd. Většina jejich hmoty je soustředěna v relativně kompaktní oblasti, kterou můžeme pozorovat jako samotnou galaxii. Tím ale jejich území zdaleka nekončí.

Kolem galaxií se nachází rozsáhlé cirkumgalaktické prostředí (CGM) tvořené především řídkým plynem. Jeho rozměry mohou být desetkrát až dvacetkrát větší než průměr viditelné části galaxie. Přestože je téměř nepozorovatelné, pro život galaxie představuje něco jako obrovský rezervoár suroviny.

Plyn z CGM se může postupně ochlazovat, ztrácet energii a pod vlivem gravitace proudit směrem do nitra galaxie. Tam se hromadí v oblastech, kde z něj za vhodných podmínek vznikají nové hvězdy. Bez tohoto přísunu by galaxie postupně spotřebovala svůj dostupný plyn a tvorba hvězd by se zpomalila nebo úplně zastavila.

Jenže právě tady se objevuje dlouholetá astronomická záhada. Pokud mají galaxie kolem sebe tak obrovské zásoby plynu, proč z něj nevzniká mnohem více hvězd?

Černá díra jako galaktická brzda

Nová studie vedená Namratou Royovou z Arizonské státní univerzity přináší důkazy, že jedním z důvodů mohou být výtrysky horkého plazmatu ze supermasivních černých děr.

Tyto černé díry se nacházejí v centrech velkých galaxií a některé z nich dokážou do svého okolí uvolňovat obrovské množství energie. Materiál padající směrem k černé díře může vytvořit extrémně horký akreční disk a část energie se následně uvolňuje v podobě úzkých proudů plazmatu – takzvaných relativistických výtrysků.

Jejich účinky přitom nemusí končit v bezprostředním okolí černé díry. Podle nové studie mohou zasahovat hluboko do cirkumgalaktického prostředí a ovlivňovat plyn ve vzdálenostech mnohonásobně převyšujících rozměry samotné galaxie. A právě zde mohou hrát roli jako jakási brzda galaktického růstu.

Aby mohl plyn z CGM začít padat do galaxie a vytvořit nové hvězdy, musí se mimo jiné ochladit. Výtrysky z centrální černé díry tento proces narušují. Do okolního prostředí vnášejí energii, plyn zahřívají a zároveň jej rozviřují a promíchávají. Místo aby se plyn postupně uklidnil, ochladil a začal se shlukovat, zůstává v energetičtějším a turbulentnějším stavu.

Výsledkem může být výrazné zpomalení přísunu nového materiálu do galaxie. Černá díra tak paradoxně ovlivňuje množství hvězd, které může její vlastní galaxie vytvořit, přestože sama leží v jejím úplném centru.

Výsledky studie publikované v časopise Astrophysical Journal Letters podle autorů představují jeden z dosud nejpřesvědčivějších důkazů, že aktivita supermasivních černých děr může ovlivňovat galaxie v mnohem větším měřítku, než jen v jejich bezprostředním okolí.

„Jde o průlomový výsledek,“ uvádí Sanchayeeta Borthakurová z výzkumného týmu. Podle ní výzkum pomáhá objasnit dlouholetou otázku, jak mohou supermasivní černé díry ovlivňovat vývoj svých galaxií.

Astronomové tak získávají stále přesnější představu o mimořádně propojeném systému. Osud hvězdné galaxie totiž nemusí určovat pouze to, co se odehrává uvnitř jejího viditelného disku. Rozhodující dění může probíhat i daleko za jeho hranicí, v obrovském oblaku řídkého plynu.

A uprostřed toho všeho sedí objekt, který je sice ve srovnání s celou galaxií nepatrný, ale může ovlivňovat její vývoj v měřítku desítek či stovek tisíc světelných let: supermasivní černá díra.