JWST-Daten enthüllen: Inwärtige Akkretion dominiert die Speisung des Schwarzen Lochs in der Circinus-Galaxie

Neue, hochpräzise Infrarotdaten des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) über die Circinus-Galaxie stellen langjährige astrophysikalische Annahmen über die Fütterung supermassereicher Schwarzer Löcher grundlegend infrage. Die Beobachtungen konzentrierten sich auf die unmittelbare Umgebung des Schwarzen Lochs innerhalb dieser Spiralgalaxie, die etwa 13 Millionen Lichtjahre oder 4,0 Megaparsec von der Erde entfernt liegt. Diese detaillierten Aufnahmen widersprechen direkt dem bisherigen wissenschaftlichen Konsens, wonach starke, nach außen gerichtete Ausströmungen energetisierter Materie die primäre Quelle der Infrarotstrahlung in der Nähe aktiver galaktischer Kerne seien.

Die Analyse der Webb-Daten verdeutlicht stattdessen, dass der gegenteilige Prozess dominiert: Der überwiegende Teil des heißen, staubigen Materials spiralt nach innen, um das zentrale supermassereiche Schwarze Loch zu speisen. Diese Materie sammelt sich am inneren Rand des Akkretionssystems an, das oft als Torus strukturiert ist und eine entscheidende Rolle sowohl für das Wachstum des Schwarzen Lochs als auch für die Entwicklung seiner Wirtsgalaxie spielt. Quantitativ lassen sich nun etwa 87 % der Infrarotemissionen von heißem Staub diesem nach innen strömenden Material zuschreiben. Im Gegensatz dazu kann weniger als 1 % der Emissionen mit Materie in Verbindung gebracht werden, die in Ausflüssen ausgestoßen wird, was bestätigt, dass der Verbrauch den Ausstoß bei weitem überwiegt.

Diese bahnbrechende Erkenntnis löst einen signifikanten Konflikt auf, der in astrophysikalischen Modellen seit den 1990er Jahren bestand, da diese zuvor die beobachteten überschüssigen Infrarotemissionen aktiver galaktischer Kerne nicht schlüssig erklären konnten. Um diese Klarheit zu gewinnen, nutzte das Forschungsteam eine innovative Technik: den Aperture Masking Interferometer (AMI)-Modus des Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) Instruments auf dem JWST. Diese Methode verwandelt die volle Öffnung des Teleskops effektiv in ein interferometrisches Array, indem eine Maske mit sieben kleinen Öffnungen verwendet wird, die Interferenzmuster erzeugt und so zuvor verborgene Details sichtbar macht.

Co-Autor Joel Sánchez-Bermúdez von der UNAM betonte, dass dieser fortschrittliche Bildgebungsmodus die Auflösung über einen begrenzten Himmelsbereich effektiv verdoppelt, was zu Bildern führt, die doppelt so scharf sind wie bei herkömmlicher direkter Bildgebung. Diese Beobachtung stellt den ersten erfolgreichen Einsatz eines weltraumgestützten Infrarot-Interferometers zur Untersuchung eines extragalaktischen Ziels dar. Der Hauptautor Enrique López-Rodríguez von der University of South Carolina erklärte, dass dieser neue Datensatz schließlich die Diskrepanz zu früheren Modellen bezüglich der Infrarotsignaturen aktiver galaktischer Kerne beseitigt.

Die Circinus-Galaxie, die als Seyfert-Galaxie vom Typ II klassifiziert wird, stellte Astronomen historisch vor große Herausforderungen, da sie sich vier Grad unterhalb der galaktischen Ebene befindet und somit durch interstellaren Staub der Milchstraße verdeckt wird. Frühere hochauflösende Studien, wie sie mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) durchgeführt wurden, legten nahe, dass das Schwarze Loch in Circinus nur etwa 3 Prozent des herannahenden Gases verbrauchte, während die Strahlung den Rest in turbulenten Strömen zurückstieß. Die im Fachjournal Nature veröffentlichten JWST-Daten liefern nun den entscheidenden Infrarot-Kontext zu diesem Prozess. Das Forschungsteam plant, diese validierte Technik auf eine breitere Palette von Schwarzen Löchern anzuwenden, um festzustellen, ob die in Circinus beobachtete Fütterungsdynamik ein universelles Merkmal dieser kosmischen Phänomene ist.