1433
Нові спостереження космічного телескопа James Webb дають астрономам найчіткіший на сьогодні погляд на те, як надмасивні чорні діри здобувають газ, потрібний для росту. Знімки виявили довгі пасма газу, що з’єднують гарячу зовнішню атмосферу галактики зі швидко обертовим диском навколо центральної чорної діри. Цей диск слугує останнім резервуаром матеріалу перед тим, як газ падає всередину й живить діру. Роботу опублікували в The Astrophysical Journal Letters.
Міжнародна команда під керівництвом Монреальського університету за участю фахівців з Університету штату Мічиган дослідила галактику NGC 4696 — найбільшу центральну галактику скупчення Центавра, розташованого приблизно за 145 мільйонів світлових років. Майже кожна велика галактика містить у центрі надмасивну чорну діру, у мільйони чи мільярди разів масивнішу за Сонце. Сама діра не випромінює світла, але коли до неї падає багато газу й пилу, матеріал розігрівається й утворює надзвичайно яскраву активну область — активне галактичне ядро.
Активна чорна діра поводиться як потужний космічний «двигун»: вона може викидати величезні струмені, що розносять енергію далеко за межі центру галактики. Ці струмені нагрівають навколишній газ, уповільнюють утворення нових зір і впливають на еволюцію галактики впродовж мільярдів років. Тут і криється давня загадка: якщо струмені нагрівають газ, тому мало б бути важче охолонути й упасти до діри — тобто вона мала б зрештою «перекрити собі харчування». Проте багато надмасивних чорних дір продовжують живитися.
Провідне пояснення — система саморегулюється. Нагрітий газ згодом знову охолоджується, втрачає енергію й конденсується у довгі вузькі структури, звані філаментами. Ці струмені прохолоднішого газу падають назад до центру й поповнюють запас пального. Щоб перевірити це, команда майже вісім годин спостерігала NGC 4696 приладом Webb NIRSpec, який розкладає інфрачервоне світло на складові й дозволяє визначити, як рухається газ, з чого він складається та як змінюються його властивості.
Webb розрізнив структури завбільшки лише близько 30 світлових років — надзвичайна деталізація для галактики завширшки в сотні тисяч світлових років. Спостереження показали, що S-подібна структура поблизу центру насправді є обертовим диском газу навколо чорної діри. Диск сягає майже 800 світлових років у поперечнику, а частина матеріалу в ньому рухається зі швидкістю до 600 кілометрів за секунду.
Найголовніше, що диск, схоже, фізично з’єднаний з одним із великих газових філаментів, що втікають усередину. Дані Webb показують, як газ рухається вздовж філаменту й потрапляє в обертовий диск, який постачає матеріал до чорної діри. Це один із найпереконливіших спостережних доказів того, що прохолодні газові філаменти можуть слугувати «каналами живлення» для надмасивних чорних дір.
Відкриття заповнює відсутні кроки більшого циклу: струмені активної діри вливають енергію в газ, частина того газу охолоджується й колапсує у філаменти, магнітні сили допомагають зменшити його обертання й спрямувати до центру, де він збирається в обертовий диск. Диск живить діру, діра породжує нові струмені — і ті знову нагрівають газ. Комп’ютерні симуляції відтворили цю поведінку, підтвердивши, що охолодження газу, магнітні поля й струмені чорної діри працюють разом у саморегульованому циклі. «Наші розрахунки передбачали, що магнітні поля мають допомагати живити найбільші чорні діри Всесвіту, спрямовуючи до них прохолодний газ, — і дивовижно бачити це на знімках Webb», — зазначив професор Марк Войт.
