JWST-gegevens onthullen dat inwaartse accretie de drijvende kracht is achter de voeding van zwarte gaten in het Circinus-stelsel

Nieuwe, uiterst nauwkeurige infraroodgegevens van de James Webb Space Telescope (JWST) werpen een heel ander licht op de manier waarop superzware zwarte gaten worden gevoed. De waarnemingen richtten zich op de directe omgeving van het zwarte gat in het Circinus-stelsel, een spiraalvormig sterrenstelsel dat zich op ongeveer 13 miljoen lichtjaar (oftewel 4,0 Megaparsec) van de aarde bevindt. Deze gedetailleerde beelden spreken de historische consensus tegen, die stelde dat krachtige, naar buiten gerichte uitstromen van energetische materie de belangrijkste bron van infraroodlicht waren nabij actieve galactische kernen.

Uit de analyse van de Webb-data blijkt dat juist het tegenovergestelde proces dominant is: het overgrote deel van het hete, stoffige materiaal spiraalt naar binnen om het centrale superzware zwarte gat te voeden. Dit materiaal verzamelt zich aan de binnenrand van het accretiesysteem, dat vaak de structuur van een torus heeft en essentieel is voor zowel de groei van het zwarte gat als de evolutie van het omliggende sterrenstelsel. Kwantitatief gezien wordt nu ongeveer 87% van de infraroodstraling van heet stof toegeschreven aan dit naar binnen stromende materiaal. In schril contrast hiermee kan minder dan 1% van de emissie worden gekoppeld aan materie die via uitstromen wordt uitgestoten, wat bevestigt dat de consumptie de uitstoot aanzienlijk overtreft.

Deze ontdekking lost een hardnekkig conflict op dat al sinds de jaren negentig in astrofysische modellen bestond, omdat deze modellen voorheen de waargenomen overmaat aan infraroodstraling van actieve galactische kernen niet konden verklaren. Om deze helderheid te bereiken, maakte het onderzoeksteam gebruik van een innovatieve techniek: de Aperture Masking Interferometer (AMI)-modus op het NIRISS-instrument (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) van de JWST. Deze methode transformeert de volledige opening van de telescoop effectief in een interferometrische array door gebruik te maken van een masker met zeven kleine openingen, waardoor interferentiepatronen ontstaan die voorheen verborgen details zichtbaar maken.

Co-auteur Joel Sánchez-Bermúdez van de UNAM merkte op dat deze geavanceerde beeldvormingsmodus de resolutie over een specifiek deel van de hemel effectief verdubbelt, wat resulteert in beelden die twee keer zo scherp zijn als bij conventionele directe beeldvorming. Deze waarneming markeert de allereerste succesvolle inzet van een in de ruimte gestationeerde infraroodinterferometer om een extragalactisch doelwit te bestuderen. Hoofdauteur Enrique López-Rodríguez van de University of South Carolina verklaarde dat deze nieuwe dataset eindelijk de discrepantie met eerdere modellen over de infraroodkenmerken van actieve galactische kernen wegneemt.

Het Circinus-stelsel, geclassificeerd als een Type II Seyfert-stelsel, vormde historisch gezien een grote uitdaging voor astronomen vanwege de positie op vier graden onder het galactische vlak, waardoor het grotendeels aan het zicht wordt onttrokken door interstellair stof. Eerdere hogeresolutiestudies, zoals die uitgevoerd met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), suggereerden dat het zwarte gat in Circinus slechts ongeveer 3 procent van het naderende gas verbruikte, terwijl straling de rest in turbulente stromen terugduwde. De JWST-gegevens, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, bieden nu de cruciale infraroodcontext voor dit proces. Het onderzoeksteam is van plan deze gevalideerde techniek toe te passen op een breder scala aan zwarte gaten om vast te stellen of de voedingsdynamiek in Circinus een universeel kenmerk is van deze kosmische fenomenen.