Webb pokazao kako su rani kvazari mogli zaustaviti rađanje zvijezda

Astronomi su uz pomoć svemirskog teleskopa James Webb pronašli jasne tragove snažnih galaktičkih vjetrova u kvazarima iz prve milijarde godina svemira. Ti izbačaji plina, pokretani energijom supermasivnih crnih rupa, mogli bi objasniti zašto su neke masivne galaksije u ranom svemiru iznenađujuće brzo prestale stvarati nove zvijezde.

U središtima velikih galaksija nalaze se supermasivne crne rupe, uključujući i onu u našoj Mliječnoj stazi. No u ranom svemiru astronomi već dugo nailaze na ozbiljan problem: neke od tih crnih rupa imale su više od milijardu Sunčevih masa samo nekoliko stotina milijuna godina nakon Velikog praska, u vrijeme kada je svemir imao manje od pet posto današnje starosti.

Kada se plin iz galaksije spušta prema takvoj crnoj rupi, ubrzava do golemih brzina, zagrijava se i počinje zračiti iznimnom snagom u različitim dijelovima elektromagnetskog spektra. Takav aktivni galaktički centar vidimo kao kvazar, jedan od najsjajnijih i najenergičnijih objekata u svemiru.

Teorijski modeli već dugo predviđaju da bi rani kvazari morali imati dovoljno energije da iz svojih galaksija izbace velike količine međuzvjezdanog plina. Takvi galaktički vjetrovi mogli bi se kretati brzinama od više tisuća kilometara u sekundi i bitno promijeniti razvoj galaksija. Problem je bio u tome što su dokazi za takve vjetrove u najranijim kvazarima dugo ostali neuvjerljivi.

Webb otkrio kako su rani kvazari izbacivali plin iz svojih galaksija

Novo istraživanje, objavljeno u časopisu Nature, donosi najjasniji dokaz dosad da su kvazari u ranom svemiru snažno mijenjali galaksije u kojima su nastali. Međunarodni tim koji su vodili Weizhe Liu i Xiaohui Fan s Opservatorija Steward Sveučilišta u Arizoni analizirao je 27 kvazara iz razdoblja oko jedne milijarde godina nakon Velikog praska.

U šest slučajeva Webbove opservacije otkrile su golema strujanja plina koja su zahvaćala čitavu galaksiju. Plin je iz galaktičkih središta izlijetao brzinama do oko 8.400 kilometara u sekundi, dovoljno brzo da kvazar u kratkom vremenu ozbiljno promijeni okolinu u kojoj se nalazi.

Ti izbačaji nisu bili rijetka iznimka. Prema rezultatima istraživanja, kvazari s osobito brzim odljevima plina bili su najmanje četiri puta češći u ranom svemiru nego u kasnijim razdobljima. Njihova prosječna stopa prijenosa kinetičke energije bila je oko sto puta veća nego kod kvazara na manjim crvenim pomacima, odnosno u mlađem kozmičkom susjedstvu.

To znači da najraniji kvazari nisu bili samo udaljene, mlađe inačice kasnijih aktivnih galaktičkih jezgri. U prvoj milijardi godina svemira djelovali su kao kratkotrajni, ali iznimno snažni motori koji su mogli izbacivati plin iz galaksija i time presjeći dotok materijala potrebnog za nastanak novih zvijezda.

Masivne galaksije koje su prerano prestale stvarati zvijezde

Otkriće se nadovezuje na jednu od većih zagonetki ranog svemira. Astronomi su u razdoblju unutar prve dvije milijarde godina nakon Velikog praska pronašli iznenađujuće mnogo masivnih galaksija u kojima je stvaranje novih zvijezda već bilo gotovo ugašeno.

To je teško objasniti. Takve galaksije morale su vrlo brzo nakupiti goleme količine mase i stvoriti velik broj zvijezda, a zatim u kratkom vremenu izgubiti gorivo potrebno za nastavak tog procesa. Prema uobičajenoj slici razvoja galaksija, mladi svemir trebao je biti bogat plinom, a masivne galaksije iz tog razdoblja trebale su još intenzivno stvarati nove zvijezde.

Upravo tu kvazari postaju važni. Ako supermasivna crna rupa u središtu galaksije pokrene dovoljno snažan odljev plina, ona galaksiji može oduzeti materijal iz kojeg bi nastajale nove zvijezde. Dio plina može biti izbačen iz galaksije, a dio toliko zagrijan ili razrijeđen da više ne može sudjelovati u stvaranju zvijezda.

Zato Webbove opservacije nude moguće objašnjenje za galaksije koje su u kozmičkom smislu prerano utihnule. Nisu nužno prestale rasti zato što su potrošile sav plin, nego zato što je njihov vlastiti kvazar mogao prekinuti dotok goriva za novu generaciju zvijezda

Ključ nije u mlazovima, nego u plinu koji napušta galaksiju

Znanstvenici pritom upozoravaju na važnu razliku. Neki kvazari izbacuju uske mlazove čestica koji se kreću gotovo brzinom svjetlosti, često u dva suprotna smjera. Takvi su mlazovi iznimno snažni, ali djeluju kroz relativno uzak kanal. Mogu probiti put kroz galaksiju, ali ne moraju zahvatiti dovoljno plina da bi sami zaustavili stvaranje zvijezda u cijelom sustavu.

Ovdje je riječ o drukčijem procesu. Webb nije pratio uski mlaz čestica, nego široke odljeve plina koje pokreće golema količina zračenja iz kvazara. Takvi tokovi mogu zahvatiti mnogo veći dio galaksije i širiti se u više smjerova, zbog čega imaju daleko veći učinak na zalihe plina iz kojih nastaju nove zvijezde.

Procjene pokazuju da bi galaksija s ekstremnim kvazarom u središtu mogla svake godine gubiti količinu plina jednaku tisućama Sunčevih masa. U kozmičkim mjerilima takva faza traje kratko. Istraživači procjenjuju da se ekstremni kvazari mogu ugasiti unutar oko 100 milijuna godina, nakon čega iza njih ostaje mirnija galaksija u kojoj je stvaranje novih zvijezda znatno oslabjelo ili gotovo prestalo.

Tiago Costa sa Sveučilišta Newcastle ranije je vodio teorijska istraživanja koja su predviđala da bi snažni odljevi plina trebali biti česti u ranim kvazarima. Novi rezultati sada pokazuju da ti izbačaji nisu samo teorijska mogućnost, nego stvaran i raširen proces u mladom svemiru.

Zato kvazari sve više izgledaju kao jedan od ključnih čimbenika u ranom razvoju masivnih galaksija. Mogli su im omogućiti brz rast, ali i naglo prekinuti stvaranje novih zvijezda tako što su iz njih uklonili ili promijenili plin koji je bio potreban za nastavak tog procesa.

Izvori i publikacija

DOI: 10.1038/s41586-026-10477-9

Časopis / izvor: Nature

Podijeli članak