سیاه‌چاله‌های پرجرم «قلب و ریه‌هایی» را فراهم می‌کنند که به کهکشان‌ها کمک می‌کند بیشتر عمر کنند

آیا جت های سیاه چاله از فشار خون کیهانی رنج می برند؟

زندگی کهکشان ها می تواند افزایش یابد اگر سیاهچاله های بسیار پرجرم آنها ‘قلب و ریه’ را برای حمایت از ‘تنفس’ آنها و جلوگیری از بزرگ شدن بیش از حد آنها فراهم کند.

این پیشنهاد تحقیقات جدید است که نشان می‌دهد اگر سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرم که تصور می‌شود در قلب همه کهکشان‌های بزرگ قرار دارند نبود، جهان بسیار سریع‌تر پیر می‌شد و امروز مملو از کهکشان‌های ‘زامبی’ حاوی ستاره‌های مرده یا در حال مرگ می‌شد. اخترفیزیکدانان پشت این یافته ها، جت های گاز و تشعشع را مقایسه می کنند که سیاهچاله های کلان پرجرم از قطب های خود به مجاری هوایی که ریه های ما را تغذیه می کنند، می پرند.

خدمه دانشگاه کنت فکر می‌کنند پالس‌های هر «قلب» سیاه‌چاله باعث ایجاد جبهه‌های ضربه‌ای می‌شوند که در هر دو جت به جلو و عقب نوسان می‌کنند. این شبیه به حرکت بخشی از بدن ما به نام دیافراگم قفسه سینه در داخل حفره های قفسه سینه است تا ریه های ما را باد کرده و تخلیه کند.

در کهکشان‌ها، این عمل تنفس‌مانند، انرژی جت‌های پرجرم سیاه‌چاله‌ای را به محیط اطراف منتقل می‌کند، مانند اینکه چگونه در یک صبح سرد زمستانی می‌توانید هوای گرم را به هوای سردتر بازدم کنید. ستارگان زمانی تشکیل می شوند که ابرهای گازی بین ستاره ای سرد شوند و اجازه داده شود متراکم شوند. این بدان معناست که این ‘دمیدن’ می تواند شکل گیری ستاره ها را کند کند و رشد کهکشان ها را محدود کند.

این تیم پس از تجزیه و تحلیل شبیه‌سازی‌های طراحی‌شده برای تکرار ضربه‌ای که جت‌های سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم مافوق صوت ممکن است در مهار رشد کهکشان‌ها داشته باشند، به این نتیجه رسیدند. شبیه‌سازی‌ها نشان داد که قلب سیاه‌چاله بزرگ می‌تواند نبض داشته باشد و فشار بالایی در جت‌ها ایجاد کند – تقریباً مانند انسانی که از فشار خون بالا یا ‘فشار خون بالا’ رنج می‌برد.

هنگامی که این اتفاق افتاد، تیم مشاهده کرد که جت‌ها شروع به عمل کردن مانند دم کرده و امواج صوتی را پرتاب می‌کنند که در مواد اطراف گاز و غبار کهکشانی موج می‌زند.

کارل ریچاردز، عضو تیم، دانشجوی دکترا در دانشگاه، متوجه شدیم که باید وسایلی وجود داشته باشد که جت ها از بدن پشتیبانی کنند – گاز محیط اطراف کهکشان – و این همان چیزی است که در شبیه سازی های کامپیوتری خود کشف کردیم. کنت در بیانیه‌ای گفت: این رفتار غیرمنتظره زمانی آشکار شد که شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای فشار بالا را تحلیل کردیم و به قلب اجازه دادیم که نبض داشته باشد.

این جریان جریانی از پالس‌ها را به جت‌های پرفشار فرستاد و باعث تغییر شکل آنها در نتیجه عملکرد دم مانند جبهه‌های شوک جت نوسانی شد. این محقق افزود که این جت ها ‘مانند ریه های پر از هوا’ منبسط می شوند. با انجام این کار، آنها امواجی از فشار را به مواد کهکشانی اطراف خود فرستادند که باعث توقف رشد کهکشان ها در شبیه سازی ها شد.

به دور از شبیه سازی های تیم، شواهد دیگری از این پدیده در کهکشان های واقعی وجود دارد. به عنوان مثال، در فاصله حدود ۲۴۰ میلیون سال نوری از زمین در خوشه کهکشانی پرسئوس، ستاره شناسان شواهدی از حباب های گاز بزرگ در این مجموعه هزاران کهکشان غوطه ور در ابر عظیمی از گاز چند میلیون درجه ای را مشاهده کرده اند. اعتقاد بر این است که اینها نتیجه امواج صوتی است که در محیط کهکشانی این خوشه موج می زند.

رسیدن به تعادل بین فعالیت سیاهچاله و جریان گاز در کهکشان ها بسیار دشوار است – با این حال، زیرا سیاهچاله های پرجرم نیاز به منبع ثابتی از گاز و غبار برای ایجاد جت دارند.

مایکل اسمیت، عضو تیم و محقق دانشگاه کنت، در بیانیه‌ای گفت: «تنفس خیلی سریع یا خیلی آهسته، لرزه‌های حیات‌بخش مورد نیاز برای حفظ محیط کهکشان و در عین حال تأمین سوخت قلب را فراهم نمی‌کند». با این حال، انجام این کار آسان نیست و ما محدودیت هایی در نوع ضربان، اندازه سیاهچاله و کیفیت ریه ها داریم.

این تیم به این نتیجه رسیدند که طول عمر یک کهکشان را می توان با کمک ‘قلب’ سیاهچاله بسیار پرجرم آن افزایش داد و ‘ریه های’ جت سیاه چاله که از هسته آن می وزند، زیرا با محدود کردن مقدار گاز در حال فروپاشی به ستاره ها از مراحل اولیه، رشد را مهار می کنند. .

بدون این مکانیسم، بسیاری از کهکشان‌ها منابع سوخت مورد نیاز برای تشکیل ستاره‌ها را تا کنون در جهان ۱۳.۸ میلیارد ساله ما تمام کرده بودند. در نتیجه، آنها «بیرون می‌رفتند» و اکثر کهکشان‌ها در این نقطه شبیه کهکشان‌های زامبی «قرمز و مرده» بودند که مملو از ستاره‌های سوخته باستانی بودند.

تحقیقات این تیم در ۱۲ جولای در مجله Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شده است.