ブラックホール: 破壊者ではなく保護者

研究により、銀河には心臓や肺と同様の調節機構があり、ガスの吸収を制限することで銀河の成長を制御していることが明らかになった。

膨大な質量を伴うこの機構 ブラックホール そのジェット放出は銀河の急激な膨張を防ぎ、銀河の寿命を確保し、早期に老化して「ゾンビ」銀河になるのを防ぎます。

新しい研究は、銀河が「呼吸」を効果的に調節し、制御不能な成長を防ぐ「心臓と肺」を備えているため、早死を回避していることを示唆している。

もしこれが起こらなかったら、宇宙はもっと早く老化していただろうし、今日私たちが目にするのは、死んだ星や死にかけている星がたくさんある巨大な「ゾンビ」銀河だけだろう。

これは、2016年に発表された新しい研究によると、 王立天文学協会の毎月の通知、 これは、宇宙最大の謎の 1 つである、なぜ銀河が天文学者が期待するほど大きくないのかを検証するものです。

何かが、星になるために吸収するガスの量を制限することで、その巨大な可能性を抑えているようだ。これは、内部の何かが無限に成長する代わりに、避けられないと考えられていた重力に抵抗していることを意味している。

このクリップは、極超音速ジェットがブラック ホールの「核」からの衝撃を受けて「ふいごのような動き」を生成し、「空気で満たされた肺のように」膨張・収縮させ、「暖かい空気を排出する」様子を示しています。圧力の波紋）が周囲に広がります。 グラフの軸は無次元の距離の尺度です。 著作権: C Richards/MD Smith/ケント大学

銀河の心臓と肺の類似点

現在、ケント大学の天体物理学者たちは、その秘密を発見したかもしれないと考えています。 彼らは、銀河が「呼吸」する方法によってその成長速度を制御している可能性があることを示唆しています。

研究者らは、銀河の中心にある超大質量ブラックホールを、その心臓と、肺に栄養を供給する気道に放出するガスと放射線の2つの超音速双極子ジェットとを比較した。

ブラック ホール (または「コア」) からのパルスは、人体の胸部横隔膜が胸腔内で上下に動いて両方を膨張および収縮させるのと同じように、ジェットの 2 つの軸に沿って前後に振動するジェット ショック フロントを引き起こす可能性があります。肺。

これにより、私たちが暖かい空気を吸い込むのと同じように、ジェットのエネルギーが周囲の物質に広く伝達され、銀河のガスの付着と成長が遅くなる可能性があります。

対称双極子ジェットの片側をシミュレートした 2 つの異なる例。圧力リップルが銀河系外媒体を通って伝播します。 ここでは、圧力の変化が赤色の色温度スケールを使用して示されています (暗い = 低圧力、明るい = 高圧)。 各ジェットは左側から流入し、周囲の媒体に押し付けられるにつれて圧力が急速に低下します。 軸は無次元の距離の尺度です。 著作権: C Richards/MD Smith/ケント大学

シミュレーションの洞察と銀河力学

博士課程の学生であるカール・リチャーズは、超音速ジェットが銀河の成長を抑制する上で果たす役割を調査するために、これまで試行されたことのない新しいシミュレーションを作成した後、この理論を思いついた。

これには、ブラックホールの「心臓」を鼓動させることや、ジェットを高圧下にすることが含まれます。これはまさに人間の体に例えるなら、一種の高血圧のようなものです。

これによりジェットが「ふいごのよう」になり、「池の表面の波紋のような」音波を発したと同氏は述べた。

この現象は、シャンパンのボトルを開けるとき、車のきしむ音、ロケットの排気、または加圧容器に穴が開くときに発生する、地球における音と衝撃波に似ています。

この芸術的な印象では、ペルセウス星団を満たす高温ガスに音波 (波紋) が現れます。 それらは、銀河の中心にある超大質量ブラックホール（明るい白点）からのジェットによって放出された空洞から生じたと考えられています。 著作権: NASA/NASA/XC/M。 ヴァイス

「私たちは、ジェットが物体、つまり銀河を取り囲むガスをサポートする何らかの方法があるに違いないと気づきました。それがコンピューターシミュレーションで発見したものです」とリチャーズ氏は語った。

「高血圧と心臓の鼓動のコンピューターシミュレーションを分析したところ、予期せぬ動作が明らかになりました。

「これにより高圧ジェットにパルスの流れが送られ、振動するジェットショックフロントの蛇腹状の作用の結果としてジェットの形状が変化しました。」

これらの超高圧ジェットは実際に「空気で満たされた肺のように」膨張したと研究者らは述べた。

そうすることで、彼らは一連の圧力リップルの形で周囲の銀河に音波を送信し、それが銀河の成長を抑制することが示されました。

結論と今後の展望

巨大な高温ガスの泡に関連する近くのペルセウス銀河団で観察されるような、銀河系外媒体の波紋の証拠がいくつかあり、音波の例であると考えられています。

これらの波紋は、銀河の周囲の環境を維持する役割を果たしているとすでに考えられていましたが、それらを生成するメカニズムはありませんでした。

したがって、従来の宇宙論的シミュレーションでは、宇宙最大の謎の一つにつながる銀河へのガスの流れを説明することができず、ある程度の抵抗を提供するために銀河中心部の高活性ブラックホールに依存している。

この研究に参加したマイケル・スミス教授は、「これを行うのは簡単ではない。脈拍の種類、ブラックホールの大きさ、肺の質には限界がある」と述べた。

「呼吸が速すぎたり遅すぎたりすると、銀河の中心を維持するのに必要な重要な振動が得られず、同時に核にエネルギーを供給し続けることができなくなります。」

研究者らは、銀河の中心部にある超大質量ブラックホールエンジンが初期段階から星に崩壊するガスの量を制限することで成長を抑制するのに役立つため、銀河の「心臓と肺」の助けを借りて寿命を延ばすことができると結論付けた。

彼らは、これが今日私たちが見ている銀河の形成に貢献したと言います。

そのようなメカニズムがなければ、一部の銀河が「赤い死人」や「ゾンビ」銀河のように、そのときまでに銀河は燃料を使い果たし、消滅していただろう。

参考文献: 「パルス超圧力ジェットのシミュレーション: 銀河環境におけるベローズの形成と波紋」カール・リチャーズおよびマイケル・D・スミス著、2024 年 7 月 12 日、 王立天文協会の月次通知。
DOI: 10.1093/mnras/stae1498