Ý tưởng của một nghệ sĩ cho thấy các tia khí lưỡng cực phát ra từ một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà. Nguồn hình ảnh: ESA/Hubble, L. Calcada (ESO)
Một nghiên cứu tiết lộ rằng các thiên hà có cơ chế điều tiết tương tự như tim và phổi, giúp kiểm soát sự phát triển của chúng bằng cách hạn chế sự hấp thụ khí.
Cơ chế này, bao gồm khối lượng khổng lồ Hố đen Khí thải phản lực của nó ngăn các thiên hà giãn nở quá nhanh, đảm bảo tuổi thọ của chúng và ngăn chúng khỏi bị lão hóa sớm và biến thành các thiên hà “thây ma”.
Một nghiên cứu mới cho thấy các thiên hà tránh được cái chết sớm vì chúng có “tim và phổi” điều chỉnh “hơi thở” một cách hiệu quả và ngăn chúng phát triển ngoài tầm kiểm soát.
Nếu điều này không xảy ra, vũ trụ sẽ già đi nhanh hơn nhiều và tất cả những gì chúng ta thấy ngày nay là những thiên hà “thây ma” khổng lồ chứa đầy những ngôi sao chết và sắp chết.
Đây là kết luận của một nghiên cứu mới được công bố trên Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia, Điều này xem xét một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ – tại sao các thiên hà không lớn như các nhà thiên văn học mong đợi.
Có thứ gì đó dường như đang bóp nghẹt tiềm năng to lớn của nó bằng cách hạn chế lượng khí nó hấp thụ để biến thành sao, nghĩa là thay vì phát triển vô hạn, có thứ gì đó bên trong đang chống lại thứ được cho là lực hấp dẫn không thể tránh khỏi.
Đoạn clip này cho thấy một máy bay phản lực siêu thanh tạo ra “chuyển động giống như tiếng gầm”, bằng cách nhận các xung từ “trái tim” của lỗ đen, khiến nó giãn nở và co lại “như một lá phổi chứa đầy không khí” và “đẩy ra không khí ấm” ( gợn sóng áp lực) vào môi trường xung quanh nó. Trục đồ thị là thước đo khoảng cách không thứ nguyên. Bản quyền: C Richards/MD Smith/Đại học Kent
Sự tương tự của tim và phổi trong các thiên hà
Bây giờ các nhà vật lý thiên văn tại Đại học Kent nghĩ rằng họ có thể đã khám phá ra bí mật. Họ cho rằng các thiên hà có thể kiểm soát tốc độ tăng trưởng của chúng bằng cách chúng “thở”.
Bằng phép tương tự, các nhà nghiên cứu đã so sánh lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà với trái tim của nó và hai luồng khí và bức xạ lưỡng cực siêu âm mà chúng phát ra vào đường thở nuôi phổi.
Các xung từ lỗ đen – hay “lõi” – có thể kích hoạt các mặt trước sốc phản lực dao động tới lui dọc theo hai trục của các dòng phản lực, giống như cơ hoành của cơ thể con người di chuyển lên xuống trong khoang ngực để phồng lên và xẹp xuống cả hai. phổi.
Điều này có thể khiến năng lượng của dòng phản lực được truyền rộng rãi vào môi trường xung quanh, giống như việc chúng ta hít thở không khí ấm áp, làm chậm quá trình bồi tụ và phát triển khí của thiên hà.
Hai ví dụ khác nhau mô phỏng một phía của các tia lưỡng cực đối xứng, trong đó các gợn sóng áp suất lan truyền qua môi trường ngoài thiên hà. Ở đây, sự thay đổi áp suất được hiển thị bằng thang màu nhiệt độ màu đỏ (tối = áp suất thấp, sáng = áp suất cao). Mỗi tia đi vào từ bên trái với áp suất giảm nhanh chóng khi nó bị đẩy vào môi trường xung quanh. Trục là thước đo khoảng cách không thứ nguyên. Bản quyền: C Richards/MD Smith/Đại học Kent
Những hiểu biết mô phỏng và động lực học thiên hà
Nghiên cứu sinh tiến sĩ Carl Richards đã đưa ra lý thuyết này sau khi tạo ra một mô phỏng mới, chưa từng được thử nghiệm trước đây để nghiên cứu vai trò của các máy bay phản lực siêu âm trong việc làm giảm sự phát triển của thiên hà.
Điều này bao gồm việc cho phép “trái tim” của lỗ đen đập và tạo ra các tia nước dưới áp suất cao – giống như một dạng huyết áp cao, nếu chúng ta so sánh nó với cơ thể con người.
Điều này khiến các máy bay phản lực trở nên “giống như ống thổi”, phát ra sóng âm thanh “giống như những gợn sóng trên mặt ao”, ông nói.
Hiện tượng này tương tự như hiện tượng tương đương với âm thanh và sóng xung kích trên Trái đất được tạo ra khi mở chai sâm panh, tiếng kêu của ô tô, khí thải tên lửa hoặc làm thủng các thùng chứa có áp suất.
Sóng âm thanh (gợn sóng) xuất hiện trong khí nóng lấp đầy cụm Perseus trong ấn tượng nghệ thuật này. Chúng được cho là phát sinh từ các khoang bị đẩy ra bởi các tia từ một lỗ đen siêu lớn (điểm trắng sáng) ở trung tâm thiên hà. Bản quyền: NASA/NASA/XC/M. Weiss
Richards cho biết: “Chúng tôi nhận ra rằng phải có cách nào đó để các tia phản lực hỗ trợ vật thể – chất khí bao quanh thiên hà – và đó là những gì chúng tôi đã khám phá ra trong các mô phỏng máy tính của mình”.
“Hành vi bất ngờ đã được tiết lộ khi chúng tôi phân tích các mô phỏng trên máy tính về huyết áp cao và cho phép tim đập.
“Điều này gửi một luồng xung vào các tia áp suất cao, khiến chúng thay đổi hình dạng do tác động giống như ống thổi của các mặt trước sốc phản lực dao động.”
Các nhà nghiên cứu cho biết những tia tăng áp này thực sự nở ra “giống như lá phổi chứa đầy không khí”.
Khi làm như vậy, họ đã truyền sóng âm đến thiên hà xung quanh dưới dạng một loạt gợn sóng áp suất, sau đó được chứng minh là có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của thiên hà.
Kết luận và triển vọng tương lai
Có một số bằng chứng về các gợn sóng trong môi trường ngoài thiên hà, chẳng hạn như những gợn sóng được quan sát thấy ở cụm thiên hà Perseus gần đó liên quan đến các bong bóng khí nóng khổng lồ, được cho là ví dụ về sóng âm.
Những gợn sóng này được cho là có vai trò duy trì môi trường xung quanh thiên hà, mặc dù không có cơ chế nào tạo ra chúng.
Theo đó, các mô phỏng vũ trụ thông thường không thể giải thích các dòng khí chảy vào các thiên hà, dẫn đến một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ, vì vậy chúng dựa vào lỗ đen hoạt động mạnh ở lõi thiên hà để tạo ra một số lực cản.
Giáo sư Michael Smith, người tham gia nghiên cứu, cho biết: “Làm được điều này không hề dễ dàng và chúng tôi gặp những hạn chế về loại xung, kích thước của lỗ đen và chất lượng của phổi”.
“Thở quá nhanh hoặc quá chậm sẽ không cung cấp những rung động quan trọng cần thiết để duy trì trung tâm thiên hà, đồng thời giữ cho lõi được cung cấp năng lượng.”
Các nhà nghiên cứu kết luận rằng tuổi thọ của thiên hà có thể được kéo dài nhờ sự trợ giúp của “tim và phổi” của nó, vì động cơ lỗ đen siêu lớn trong lõi của nó giúp ức chế sự phát triển bằng cách hạn chế lượng khí sụp đổ thành các ngôi sao ngay từ giai đoạn đầu.
Họ nói rằng điều này đã giúp tạo ra các thiên hà mà chúng ta thấy ngày nay.
Nếu không có cơ chế như vậy, các thiên hà sẽ cạn kiệt nhiên liệu vào thời điểm đó và biến mất, giống như một số thiên hà “chết đỏ” hoặc “thây ma”.
Tham khảo: “Mô phỏng các phản lực áp suất xung: Sự hình thành ống thổi và gợn sóng trong môi trường thiên hà” của Carl Richards và Michael D. Smith, ngày 12 tháng 7 năm 2024, Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia.
DOI: 10.1093/mnras/stae1498