Гончар садится за круг, и первые движения рук задают судьбу будущего сосуда. Если ком глины остаётся плоским и широким, он будет вертеться долго, набирая массу и тепло. Если же гончар сожмёт его в плотный шар, круг замедлится, а изделие быстро затвердеет. Так и галактики: одни живут миллиарды лет как голубые диски, рождая звёзды, другие застывают красными сфероидами, где звёзды давно не рождаются. Что заставляет галактику сменить форму и перестать рождать звёзды? Этот вопрос астрофизики решают уже несколько десятилетий.
Долгое время главным подозреваемым считались слияния галактик. Когда два звёздных города сталкиваются, их диски разрушаются, перемешиваются, а газ в центре вспыхивает, питая сверхмассивную чёрную дыру. Чёрная дыра выбрасывает энергию, газ выметается, и галактика замирает. Но тут есть неувязка: слияния увеличивают размер галактики, а спокойные галактики при той же массе, наоборот, меньше звездообразующих. Значит, должен быть ещё один механизм, который связывает форму и покой. Авторы новой работы проследили эволюцию более двух тысяч галактик в симуляции EAGLE, чтобы найти этот механизм.
Оказалось, что до определённого момента будущие спокойные и будущие звездообразующие галактики выглядят одинаково. Их форма и вращение неразличимы. Но примерно 8–10 миллиардов лет назад их пути расходятся, и это расхождение совпадает с началом остановки звездообразования. Разница в размере и массе чёрной дыры появляется ещё раньше. Дальше авторы выделили четыре канала, которыми форма галактики управляет её покоем.
Первый канал — слияния. Они одновременно увеличивают размер, подавляют вращение, делают галактику более вытянутой и растят чёрную дыру, которая затем гасит звездообразование. Второй канал — сам рост чёрной дыры. Если взять галактики с одинаковой историей слияний, то компактные, с маленьким диском, растят чёрную дыру быстрее и чаще гаснут. Связь между долей диска и массой чёрной дыры отрицательна и сильна: коэффициент корреляции около минус 0.5. Третий канал — размер. При одинаковых массах звёзд и чёрной дыры будущие спокойные галактики компактнее на 20–60 процентов, а значит, обратная связь от чёрной дыры в них эффективнее. Четвёртый канал — вековая дисковая неустойчивость. Компактный плоский диск самопроизвольно искривляется, превращаясь в вытянутую систему, почти не набирая звёздной массы. Этот канал даёт около половины вытянутых галактик при массе около 40 миллиардов солнечных масс.
Работа показывает, что морфология галактики — не пассивное следствие её истории, а активный игрок. Она управляет ростом чёрной дыры и остановкой звездообразования. Это важно для полуаналитических моделей: чтобы воспроизвести наблюдаемую разницу в размерах между спокойными и звездообразующими галактиками, нужно явно учитывать зависимость роста чёрной дыры от структуры галактики. Следующий шаг — проверить эти предсказания на наблюдениях, например на данных о компактных массивных галактиках в ранней Вселенной и о вытянутых галактиках в локальной Вселенной.
В симуляции EAGLE галактики с массой около 10^10.6 масс Солнца, которые никогда не испытывали крупных слияний, могут превратиться из плоского диска в вытянутую «сигару» за счёт внутренней неустойчивости, при этом почти не набирая звёздной массы.