968
Астрономи за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) отримали одне з найчіткіших на сьогодні зображень того, як надмасивна чорна діра підтримує власне «живлення». Нові дані, очолювані командою під керівництвом професорки Університету Монреаля Жюлі Главачек-Ларондо (Julie Hlavacek-Larrondo), допомагають розв’язати давню загадку астрофізики. Про результати повідомляє Newswise Science News.
Як чорна діра регулює власне живлення
Майже в кожній великій галактиці у центрі міститься надмасивна чорна діра (SMBH), маса якої у мільйони або навіть мільярди разів перевищує масу Сонця. Коли така діра активно поглинає навколишню речовину, вона перетворюється на потужне джерело енергії, що викидає струмені плазми та випромінювання. Ці джети можуть змінювати структуру всієї галактики, гальмувати народження нових зір і впливати на її еволюцію. Такі об’єкти називають активними галактичними ядрами (AGN).
Довгий час залишалося незрозумілим, як саме це «двигун» не зупиняється. Якщо джети нагрівають навколишній газ, то, здавалося б, вони мають перекрити чорній дірі доступ до «пального». Тоді як вона продовжує рости?
Провідна гіпотеза полягала в тому, що нагрітий газ з часом знову охолоджується, конденсується в довгі тонкі структури — філаменти — і падає назад до центру галактики. Надмасивна чорна діра запускає процес, який у підсумку знову її живить, утворюючи саморегульований цикл.
Однак попри десятиліття пошуків, безпосередньо побачити, як ці філаменти під’єднуються до чорної діри, було надзвичайно складно. Саме цю «відсутню ланку» й вдалося зафіксувати в новому дослідженні.
Від S-подібного завихрення до обертового диска
Команда спрямувала JWST на галактику NGC 4696 — центральну галактику скупчення Центавра, щільної групи галактик на відстані близько 145 мільйонів світлових років від Землі. Це одне з найкращих «лабораторій» для вивчення механізмів активних ядер.
Раніше знімки космічного телескопа Габбла показували поблизу центральної чорної діри NGC 4696 дивне S-подібне завихрення газу. Але Габбл міг лише зафіксувати, де саме розташований газ, не розкриваючи, як він рухається.
Завдяки майже восьми годинам спостережень інструментом NIRSpec на JWST дослідники створили детальні карти руху газу глибоко всередині сфери впливу чорної діри. Роздільна здатність була достатньо високою, щоб розрізнити структури завширшки близько 30 світлових років — мізерну частку від галактики, що простягається на сотні тисяч світлових років.
Ці карти показали, що S-подібне завихрення насправді є обертовим диском газу навколо надмасивної чорної діри, діаметром майже 800 світлових років. Речовина в цьому диску рухається зі швидкістю до 600 кілометрів за секунду.
Ключовим стало те, що диск виявився фізично з’єднаним з одним із великих філаментів, які простягаються далеко в галактику. Спостереження зафіксували, як газ тече вздовж філамента, вливається в диск, а вже з диска падає безпосередньо на надмасивну чорну діру.
За словами Главачек-Ларондо, JWST показує, що чорні діри можуть бути своєрідними «космічними переробниками»: вони викидають величезні обсяги енергії, нагріваючи навколишній газ, але той згодом охолоджується, формує тонкі філаменти й знову повертається, щоб живити чорну діру.
Замкнений цикл живлення і росту
Отримані дані дозволяють краще уявити повний цикл живлення надмасивної чорної діри:
- джети з чорної діри накачують енергію в газ, що оточує галактику;
- цей газ з часом охолоджується, стає нестійким і колапсує в довгі філаменти, завширшки всього кілька сотень світлових років, але завдовжки на тисячі світлових років;
- магнітні сили сповільнюють обертання газу під час падіння й спрямовують його до центру;
- газ накопичується в обертовому диску навколо чорної діри;
- диск живить чорну діру, чорна діра знову запускає джети — і цикл повторюється.
Ці результати стали поштовхом до ширшої програми спостережень NGC 4696 та подібних систем. Уже затверджено нові проєкти з використанням JWST та інших наземних і космічних обсерваторій.
На думку дослідників, сукупність нових даних допоможе краще зрозуміти, як надмасивні чорні діри живлять самі себе й водночас регулюють ріст галактик у Всесвіті.
Телескоп Джеймса Вебба показав, як надмасивні чорні діри живляться з’явилася спочатку на Цікавості.
