Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, показывает синхронную совместную эволюцию сверхмассивных черных дыр и родительских галактик, движимую общим запасом газа, который одинаков для разных типов галактик. Это новаторское исследование дает важную информацию для понимания динамики взаимодействия черной дыры и галактики и формирования будущих исследований.

Проанализировав данные почти 11 500 активных галактических ядер, исследователи обнаружили устойчивую связь между массой черных дыр и массой звезд в разных типах галактик.

Это исследование было совместно завершено доктором Чжуаном Минъяном, который окончил Пекинский университет в 2022 году и теперь работает в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн, и профессором Луи Хэ из Института астрономии и астрофизики Кавли при Пекинском университете. Они получили структуру и фотометрические свойства почти 11 500 родительских галактик с красным смещением ≤ 0. С использованием данных обзора Pan-STARRS13PISTeradian были получены структура и фотометрические свойства почти 11 500 родительских галактик с красным смещением ≤ 0. Пекинский университет является основным сотрудничающим подразделением этой статьи. Исследование под названием «Эволюционные пути активных галактических ядер и родительских галактик» недавно было опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Тесная связь, наблюдаемая между массой сверхмассивных черных дыр и свойствами родительских галактик, уже давно очаровывает астрономов. Однако в настоящее время нет единого мнения о том, как возникают и развиваются с течением времени взаимоотношения между черными дырами и галактиками. Конкретная связь между массой черной дыры и свойствами родительской галактики АЯГ в соседней Вселенной остается неуловимой.

Исследователи обнаружили, что независимо от типа галактики взаимосвязь между массой черной дыры и звездной массой аналогична взаимосвязи черных дыр, активно аккрецирующих галактики. Более того, положение галактики в этих отношениях, по-видимому, связано с уровнем звездообразования и аккреционной активностью черных дыр.

Слева: путь эволюции небесных тел на плоскости масса черной дыры — масса звезды в направлении z=0. Эволюционный путь представлен направлением и длиной каждой стрелки. Красный, зеленый и синий овалы представляют типичные местоположения квазаров z≳6 и объектов, предположительно недостаточно массивных для черных дыр, включая субмиллиметровые галактики z≈2 (SMG) и близлежащие инфракрасно-люминесцентные галактики (LIRG) и узколинейные сейфертовские галактики 1 (NLS1s). Черные линии указывают расположение местных галактик с неактивными (мертвыми) черными дырами. Справа: изображения Pan-STARRS1 в искусственных цветах четырех АЯГ типа 1 с низким красным смещением, проанализированных в этом исследовании. Источник: Пекинский университет.

Доктор Чжуан сказал: «Наши результаты показывают траекторию эволюции галактик на плоскости масс черной дыры и звезды. Совместная эволюция галактик и их центральных черных дыр, по-видимому, синхронна в длительных временных масштабах. Галактики со сверхмассивными черными дырами догоняют их, создавая больше звезд. Галактики с тонкими черными дырами позволяют черным дырам поглощать больше. В конце концов, они достигают «счастливого» баланса».

Аккреция черных дыр и звездообразование имеют общий запас газа, что может быть причиной того, что небесные тела растут в унисон и синхронно в локальных отношениях. Эволюционные пути объектов ниже конститутивного соотношения с недостаточной массой черной дыры подтверждают недавнее моделирование, в котором рост черной дыры первоначально отстает от звездообразования, но позже меняет ситуацию на противоположную, после того как газ стабилизируется при более высоких звездных массах. АЯГ со сверхмассивными черными дырами выше локальных отношений будут продолжать увеличивать звездную массу, что согласуется с активным звездообразованием и обильным содержанием газа, обнаруженным в родительских галактиках раннего типа АЯГ.

Механизм обратной связи и будущие направления исследований

Эти траектории указывают на то, что механизм обратной связи АЯГ, который, как ожидается, подавляет звездообразование, не так эффективен для галактик ниже масштабного соотношения. Для галактик выше этого масштабного соотношения динамическая обратная связь по моде оказывается недостаточной для предотвращения долгосрочного звездообразования.

«Эта работа дает новое представление о совместной эволюции сверхмассивных черных дыр и родительских галактик и может служить четким ориентиром и основой для эволюционных исследований», — подчеркнул профессор Хе. «Эти результаты обеспечивают важные наблюдательные ограничения для численного моделирования сложных взаимодействий между черными дырами и их родительскими галактиками».

«Эта статья исследует путь эволюции галактик на плоскости масса черной дыры-звездной массы в ближайшей Вселенной, связывает характеристики звездообразования и аккреции черных дыр, а также обеспечивает ключевые ограничения для обратной связи активного галактического ядра», — высоко оценил редактор журнала «Nature Astronomy». «Один из рецензентов сказал: «Результаты этой статьи очень интересны и очень важны для нашего понимания совместной эволюции черных дыр и галактик, а также их звездообразования и аккреции во Вселенной. "