Дані телескопа Вебба свідчать: акреція всередину є основним джерелом живлення чорної діри в галактиці Циркуль

Нові високоточні інфрачервоні дані, отримані за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), докорінно змінюють усталені астрофізичні уявлення про механізми живлення надмасивних чорних дір. Дослідження було зосереджене на вивченні безпосереднього оточення чорної діри в спіральній галактиці Циркуль, яка розташована на відстані приблизно 13 мільйонів світлових років від Землі, що відповідає 4,0 мегапарсекам. Отримані детальні зображення прямо суперечать історичному науковому консенсусу, згідно з яким основним джерелом інфрачервоного випромінювання поблизу активних галактичних ядер вважалися потужні потоки енергійної матерії, спрямовані назовні.

Аналіз даних Вебба вказує на те, що в реальності домінує протилежний процес: переважна більшість гарячого запиленого матеріалу закручується по спіралі всередину, щоб живити центральну надмасивну чорну діру. Ця матерія накопичується на внутрішньому краї акреційної системи, яка часто має структуру тора, що є критично важливим фактором як для росту самої чорної діри, так і для еволюції її материнської галактики. З кількісної точки зору, приблизно 87% інфрачервоного випромінювання від гарячого пилу тепер приписується саме цьому матеріалу, що рухається всередину. Натомість менше 1% випромінювання можна пов'язати з матерією, що викидається у вигляді відтоків, що підтверджує значну перевагу споживання над виверженням.

Це відкриття розв'язує суттєве протиріччя, яке зберігалося в астрофізичних моделях ще з 1990-х років, оскільки раніше вчені не могли пояснити спостережуваний надлишок інфрачервоного випромінювання від активних ядер галактик. Для досягнення такої безпрецедентної чіткості дослідницька група застосувала інноваційну методику з використанням режиму інтерферометрії з апертурною маскою (AMI) на інструменті NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) телескопа Вебба. Цей метод фактично перетворює повну апертуру телескопа на інтерферометричну решітку за допомогою спеціальної маски з сімома невеликими отворами, що дозволяє генерувати інтерференційні картини та розрізняти деталі, які раніше залишалися прихованими.

Співавтор дослідження Хоель Санчес-Бермудес із Національного автономного університету Мексики (UNAM) зазначив, що цей передовий режим візуалізації дозволяє подвоїти роздільну здатність у обмеженій ділянці неба, завдяки чому зображення стають удвічі чіткішими, ніж при використанні звичайної прямої зйомки. Це спостереження є першим в історії успішним розгортанням космічного інфрачервоного інтерферометра для вивчення об'єкта за межами нашої Галактики. Провідний автор дослідження Енріке Лопес-Родрігес з Університету Південної Кароліни заявив, що цей новий набір даних нарешті дозволяє узгодити розбіжності з попередніми моделями щодо інфрачервоних сигнатур активних ядер галактик.

Галактика Циркуль, яка класифікується як Сейфертівська галактика II типу, тривалий час створювала труднощі для спостережень через своє специфічне розташування на чотири градуси нижче площини Чумацького Шляху, що призводить до значного затінення міжзоряним пилом. Попередні дослідження з високою роздільною здатністю, зокрема ті, що проводилися за допомогою наземного комплексу ALMA, припускали, що чорна діра в галактиці Циркуль поглинає лише близько 3 відсотків газу, що наближається, тоді як радіаційний тиск виштовхує решту матеріалу назад у вигляді турбулентних потоків. Проте нові дані JWST, результати яких опубліковані в престижному журналі Nature, надають вирішальний інфрачервоний контекст цьому процесу.

Наразі дослідницька група планує застосувати цю валідовану техніку до значно ширшого кола чорних дір у різних куточках Всесвіту. Головна мета майбутніх спостережень полягає в тому, щоб визначити, чи є динаміка живлення, зафіксована в галактиці Циркуль, універсальною характеристикою цих складних космічних явищ, чи це особливість окремих об'єктів. Завдяки потужності інструментів Вебба астрономи сподіваються отримати вичерпну відповідь на питання про те, як саме гігантські чорні діри накопичують свою масу протягом мільярдів років.