Galaksije se obično zamišljaju kao udaljeni otoci, svaki sa svojom pričom i svojim tempom nastanka zvijezda. No nova analiza iz ranog svemira sugerira da su te priče bile isprepletene više nego što smo mislili. I to ne zbog sudara galaksija ili gravitacijskih plesova, nego zbog zračenja iz jednog jedinog izvora: iznimno aktivne supermasivne crne rupe u fazi kvazara, toliko sjajne da može promijeniti uvjete za nastanak zvijezda i u susjednim galaksijama, milijunima svjetlosnih godina udaljenima.
Istraživanje je vodio Yongda Zhu, poslijedoktorski istraživač na Odjelu za astronomiju Sveučilišta u Arizoni i u sklopu Steward opservatorija, a objavljeno je u časopisu The Astrophysical Journal Letters. “Tradicionalno se mislilo da, zato što su galaksije tako daleko jedna od druge, uglavnom evoluiraju same”, kaže Zhu. No njihov rezultat ide protiv te intuicije: vrlo aktivna supermasivna crna rupa u jednoj galaksiji može utjecati na druge galaksije na udaljenostima od milijuna svjetlosnih godina, što znači da bi evolucija galaksija u ranoj povijesti svemira mogla biti više “timski sport” nego niz odvojenih solo-nastupa.
Zhu tu sliku naziva “galaktičkim ekosustavom”, uspoređujući je s međusobno povezanim ekološkim sustavima na Zemlji. “Aktivna supermasivna crna rupa je poput gladnog grabežljivca koji dominira ekosustavom”, objašnjava. “Jednostavno rečeno, ona guta tvar i utječe na to kako zvijezde u obližnjim galaksijama rastu.”
Kad crna rupa postane kvazar
Crne rupe su, po definiciji, nevidljive: same ne zrače svjetlost. No kada supermasivne crne rupe počnu intenzivno “hranjenje”, slika se dramatično mijenja. Plin i prašina oko njih ne padaju ravno unutra, nego tvore užareni, rotirajući akrecijski disk. Dok se materijal spiralno približava rubu bez povratka, oslobađaju se ogromne količine energije i tada crna rupa postaje ono što astronomi nazivaju kvazarom.
U toj fazi kvazari mogu izgledati kao ekstremno sjajne točke na snimkama teleskopa i ponekad zračiti stotinama bilijuna puta više energije od Sunca, često toliko da zasjene cijelu svoju matičnu galaksiju. Javnosti su crne rupe fascinantne još otkad su teoretski predviđene početkom 20. stoljeća, a supermasivne verzije toga fenomena djeluju gotovo kao “pretjerivanje prirode”: imaju mase milijunima, a katkad i milijardama puta veće od Sunčeve. U središtu Mliječne staze je supermasivna crna rupa, no trenutačno je mirna i ne ponaša se kao kvazar.
Zhuov tim krenuo je od jedne konkretne zagonetke. Rana opažanja Svemirskog teleskopa James Webb sugerirala su da oko golemih kvazara u ranom doba svemira ima manje okolnih galaksija nego što bi se očekivalo. To je bilo čudno, jer se masivne galaksije u pravilu nalaze u gustim skupinama, a ne kao usamljeni izolirani sustavi.
“Bili smo zbunjeni”, prisjeća se Zhu. “Je li taj skupi Svemirski teleskop James Webb pokvaren?”, našalio se, pa dodao da su ubrzo shvatili mogućnost koja sve mijenja: galaksije možda jesu ondje, ali ih je teže uočiti jer im je vrlo nedavno stvaranje zvijezda potisnuto. Drugim riječima, nisu nestale, nego su “utišane”.
To je otvorilo hrabru hipotezu: mogu li iznimno sjajne supermasivne crne rupe utjecati ne samo na vlastitu galaksiju, nego i gušiti stvaranje zvijezda u susjednim galaksijama?
Webb i trag kisika O III
Kako bi testirali tu ideju, tim se usredotočio na jedan od najsjajnijih kvazara ikad opaženih: J0100+2802. Taj kvazar pogoni supermasivna crna rupa mase oko 12 milijardi Sunaca. Njegova svjetlost omogućuje astronomima da vide svemir u razdoblju kada još nije navršio ni milijardu godina starosti, dakle vrlo rano u kozmičkoj povijesti.
Ključ u testu hipoteze bio je u tome da se ne gleda samo “koliko je nešto svijetlo”, nego što to svjetlo govori o svježem stvaranju zvijezda. Tim je upotrijebio Svemirski teleskop James Webb kako bi izmjerio emisiju specifičnog plina označenog kao O III. Riječ je o ioniziranom kisiku, pokazatelju vrlo nedavne zvjezdotvorne aktivnosti u galaksijama. Posebno važan dio priče je omjer: niži udio emisije O III upućuje na poremećaj uvjeta u velikim oblacima hladnog plina, ondje gdje bi se zvijezde inače trebale rađati.
Rezultat je bio jasan u prostoru, ne samo u statistici. Galaksije unutar radijusa od oko milijun svjetlosnih godina od tog “prejako osvijetljenog” kvazara pokazivale su slabiju emisiju O III u odnosu na svoje ultraljubičasto zračenje. To je upravo ono što biste očekivali ako je vrlo nedavno stvaranje zvijezda potisnuto.
Zhu objašnjava mehanizam bez okolišanja: crne rupe su poznate po tome da “pojedu” mnogo tvari, ali tijekom tog aktivnog hranjenja i u kvazarskoj fazi emitiraju i iznimno snažno zračenje. “Intenzivna toplina i zračenje razbijaju molekularni vodik koji čini goleme međuzvjezdane oblake plina”, kaže Zhu, “i tako mu oduzimaju mogućnost da se nakuplja i pretvara u nove zvijezde.”
Za nastanak zvijezda potrebni su vrlo specifični uvjeti, a najvažniji je veliki rezervoar hladnog molekularnog vodika, sirovine iz koje zvijezde nastaju. Znanstvenici su već znali da kvazari, često smješteni u središtima mladih, brzo rastućih galaksija, mogu uništiti taj hladni plin u vlastitoj matičnoj galaksiji i tako ugasiti lokalno stvaranje zvijezda. Ono što do sada nije bilo jasno jest proteže li se taj “razorni doseg” izvan domaćina, na međugalaktičke udaljenosti.
Ovdje tim tvrdi da su pronašli upravo to. Promatrajući svjetlost kvazara koji je postojao prije više od 13 milijardi godina, našli su tragove potisnutog rasta zvijezda na mnogo većoj skali nego što se prije moglo dokazati. “Po prvi put imamo dokaze da to zračenje utječe na svemir na međugalaktičkoj skali”, kaže Zhu. “Kvazari ne potiskuju zvijezde samo u svojim galaksijama, nego i u obližnjim galaksijama unutar radijusa od najmanje milijun svjetlosnih godina.”
Zhu naglašava i tehnološku stranu priče: ovakav rezultat, tvrdi, ne bi bio moguć s bilo kojim drugim teleskopom. Razlog je fizika samog svemira: dok svjetlost iz tako dalekih objekata putuje prema nama, širenje svemira rasteže joj valne duljine duboko u infracrveno područje. Prijašnji teleskopi nisu mogli dovoljno jasno registrirati te slabe infracrvene signale, dok je Svemirski teleskop James Webb upravo za to stvoren: za pouzdano hvatanje ranog svemira u infracrvenom.
Na kraju priča dobiva osobnu notu, ali i ozbiljno znanstveno pitanje. Mliječna staza je, prema očekivanjima istraživača, vjerojatno i sama nekad prošla fazu kvazara. Danas nije aktivna, no tim se pita kako je taj davni “kvazar Mliječne staze” utjecao na nastanak naše galaksije i drugih galaksija u njezinoj lokalnoj okolini.
Sljedeći korak je provjera koliko je fenomen općenit: tim se nada testirati pojavljuje li se isti potpis potisnutog stvaranja zvijezda u više različitih polja s kvazarima te bolje razumjeti kako točno susjedni kvazari mijenjaju galaksije, i postoje li još neki, manje očiti faktori koji sudjeluju u toj priči.
“Razumijevanje kako su galaksije utjecale jedna na drugu u ranom svemiru pomaže nam da bolje razumijemo kako je nastala naša galaksija”, kaže Zhu. A poruka rezultata je prilično hladna i jasna: supermasivne crne rupe možda su u evoluciji galaksija igrale veću ulogu nego što se mislilo, ne samo kao “proždrljive” točke u središtu, nego kao izvori zračenja koji su mogli oblikovati tempo rađanja zvijezda i u cijelim susjedstvima ranog svemira.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
