Коли космічний телескоп Джеймса Вебба був запущений на Різдво 2021 року, він зіткнувся з цілою низкою інтригуючих питань. До того моменту, коли він нарешті був запущений, астрономи мали великий список цілей, що вимагали таких детальних спостережень, які міг би виконати лише потужний інфрачервоний космічний телескоп. Однією з цілей була стародавня масивна галактика, яка фактично мертва і не утворює нових зірок. Отримали результати, і міжнародна команда астрономів знає, що сталося зі спокійною галактикою. Зростання та еволюція галактик є ключовим напрямком вивчення астрономії. Як ми дійшли від Великого вибуху до сьогоднішнього дня, коли величезні галактики, такі як наш Чумацький Шлях, населяють Всесвіт? Астрономи з’ясували, що надмасивні чорні діри (SMBH) знаходяться в серці масивних галактик і впливають на їхні галактики. SMBH створюють потужні активні галактичні ядра (AGN) у ядрах галактик. Коли SMBH притягує матеріал до себе, матеріал збирається в акреційному диску. Матеріал нагрівається до надзвичайно високих температур і виділяє енергію по всьому електромагнітному спектру, створюючи AGN, який може затьмарити решту галактики. AGN є потужними об’єктами. Відповідно до теорії, вони здатні переривати постачання холодного газу, що утворює зірки, і різко сповільнювати швидкість утворення зірок (SFR) у своїй галактиці. Вони видувають вітри зіроутворюючого газу зі своїх галактик, що сповільнює SFR. Астрономи називають це гасінням, і це часто спостерігається у масивних галактиках, які називаються спокійними галактиками. Тепер JWST спостерігав стародавню масивну галактику під назвою GS-10578 із червоним зміщенням z=3,064. Її називають «Галактика Пабло», і для такого раннього етапу еволюції Всесвіту вона величезна: вона вміщує близько двох мільярдів сонячних мас. Але Галактика Пабло погашена, тобто більша частина її зореутворення відбулася між 12,5 і 11,5 мільярдами років тому. Багато локальних масивних галактик погасають, що сприяло розвитку теорії гасіння AGN . Команда вчених представила своє дослідження галактики Пабло в новій статті під назвою «Швидкообертаюча галактика після спалаху зорепаду, погашена зворотним зв’язком надмасивної чорної діри при z=3 . Стаття опублікована в Nature Astronomy , а співавтором є Франческо Д’Еудженіо з Інституту космології Кавлі та Кавендішської лабораторії Кембриджського університету у Великобританії. «Ми знайшли винуватця. Чорна діра вбиває цю галактику та тримає її в стані спокою, відсікаючи джерело «їжі», необхідної галактиці для утворення нових зірок». Francesco D’Eugenio, Інститут космології Кавлі, Кембриджський університет, Великобританія «Місцеві, масивні, спокійні галактики стоять як колосальні уламки славетних, але віддалених історій зореутворення (SFH) і потужного та швидкого згасання, подібним до яких немає сьогодні», — пишуть автори. «Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) дав нам змогу вперше побачити ці монументальні галактики в давно минулу епоху, коли вони виникали і падали». «Грунтуючись на попередніх спостереженнях, ми знали, що ця галактика перебуває в погаслому стані: в ній не утворюється багато зірок, враховуючи її розмір, і ми очікуємо, що існує зв’язок між чорною дірою та закінченням зореутворення», — сказав співавтор доктор Франческо Д’Еудженіо з Кембриджського інституту космології Кавлі. «Однак до Вебба ми не змогли вивчити цю галактику достатньо детально, щоб підтвердити цей зв’язок, і ми не знали, чи є цей погаслий стан тимчасовим чи постійним». «У ранньому Всесвіті більшість галактик утворюють багато зірок, тому цікаво побачити таку масивну мертву галактику в цей період часу», — сказав співавтор, професор Роберто Майоліно, також з Інституту космології Кавлі. «Якби у нього було достатньо часу, щоб досягти такого величезного розміру, будь-який процес, який зупинив утворення зірок, швидше за все, стався відносно швидко». Галактику Пабло іноді називають «блакитним самородком», класом галактик, який, як вважають, існує лише в ранньому Всесвіті. Блакитні самородки масивні та надзвичайно компактні, і астрономи вважають, що вони є попередниками сучасних спокійних галактик, які називаються «червоними самородками». Блакитні самородки зазнають «багатого газом ущільнення». Це означає, що існує центральний спалах зореутворення, який спричинений нестабільністю диска або багатими на газ великими злиттями. Цей спалах супроводжується гасінням, у результаті чого залишається галактика червоного самородка. «Як ми покажемо, GS-10578 — це вже червоний самородок на просунутій стадії гасіння», — пишуть автори. Вони пояснюють, що вона зливається з декількома галактиками-супутниками малої маси і «зазнає потужного зворотного зв’язку від свого SMBH». Дослідники кажуть, що вони мають прямі докази того, що зворотний зв’язок AGN може призупинити утворення зірок у ранніх галактиках. Попередні спостереження за допомогою інших телескопів показують, що галактики мають швидкі потоки газу. Цей газ гарячий, тому його легше побачити, але він не надав доказів того, що SMBH і AGN можуть гасити утворення зірок. Це тому, що газ гарячий, а зірки утворюються з холодного щільного газу. Галактика Пабло нічим не відрізняється. Він викидає велику кількість гарячого газу зі швидкістю, достатньою для того, щоб повністю покинути галактику. SMBH та його AGN виштовхують газ. Але JWST зробив різницю в цих нових спостереженнях. Він спостерігав новий компонент вітру, що витікає з холодного газу. Холодний газ не випромінює світло, але JWST надзвичайно чутливий і може виявити його за тим, як він блокує світло від далеких галактик на задньому плані. Важливо те, що без холодного газу галактика намагається утворити зірки та гасне. Кількість газу, що викидається вітрами, що керуються AGN, перевищує кількість, необхідну для утворення нових зірок. «Ми знайшли винуватця», — сказав Д’Еженіо. «Чорна діра вбиває цю галактику та тримає її в стані спокою, відсікаючи джерело «їжі», необхідної галактиці для утворення нових зірок». Це захоплюючі результати, але автори попереджають, що це лише одна галактика. «GS-10578 дає унікальну можливість вивчити, як наймасивніші галактики у Всесвіті стали – і залишилися – спокійними», – пояснюють автори у своєму дослідженні. «Незважаючи на те, що ми не можемо зробити загальні висновки з однієї цілі, ми показуємо, що зворотний зв’язок AGN здатний забезпечувати відтік нейтрального газу з високою швидкістю та високим масовим навантаженням, достатнім для переривання утворення зірок шляхом видалення його холодного газового палива». Також залишаються невирішені питання. Інші галактики, схожі на галактику Пабло, також показують, що вихідні вітри холодного газу можуть бути ключовими для гасіння галактик. «Як саме ці відтоки поєднуються з AGN, поки не ясно», — пишуть автори. Вони пояснюють, що лише перепис подібних галактик може сказати нам, чи є ці сильні викиди газу, що утворює зірки, ключовим механізмом, що викликає гасіння, чи викид газу є лише епізодичним. JWST також відповів на ще одне важливе питання про погаслі галактики. Наші теоретичні моделі показали, що коли зореутворення галактики було припинено, це була турбулентна подія, яка жорстоко зруйнувала форму галактики. Галактика Пабло все ще має величну форму диска спокійної галактики. Його зірки рухаються рівномірно, передбачувано. JWST працює точно за призначенням. Розглядаючи стародавній Всесвіт, він дає відповіді на багато давніх питань астрономії, астрофізики та космології. «Ми знали, що чорні діри мають величезний вплив на галактики, і, можливо, вони припиняють утворення зірок, але до Вебба ми не змогли прямо підтвердити це», — сказав Майоліно. «Це ще один спосіб того, що Вебб — такий гігантський стрибок уперед з точки зору нашої здатності вивчати ранній Всесвіт і те, як він розвивався».