«Джеймс Уэбб» раскрыл секреты эволюции галактик и черных дыр

Астрономы впервые получили прямые наблюдения газового «моста», обеспечивающего черную дыру в центре скопления Центавра веществом

Наука и космос022:59

Астрономы представили самые детализированные изображения процесса, который на протяжении десятилетий оставался одной из ключевых загадок астрофизики: как сверхмассивные черные дыры продолжают получать материю, несмотря на то, что они сами нагревают окружающий газ и, казалось бы, должны лишать себя «питания». Наблюдения, проведенные с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», впервые продемонстрировали непрерывную связь между гигантскими газовыми нитями и аккреционным диском, из которого вещество поступает к черной дыре.

Объектом исследования стала галактика NGC 4696, находящаяся в 145 миллионах световых лет от Земли в центре скопления Центавра. Такие активные галактики считаются идеальными для изучения взаимодействия сверхмассивных черных дыр с окружающей средой. Результаты были опубликованы в двух научных статьях.

Наблюдения осуществлялись с использованием спектрографа NIRSpec (Near Infrared Spectrograph — спектрограф ближнего инфракрасного диапазона), установленного на JWST. За 7,7 часов наблюдений исследователи смогли с высоким пространственным разрешением изучить движение газа в области, где уже доминирует гравитация черной дыры. Разрешение составило около 10 парсеков (приблизительно 33 световых года), а поле наблюдения охватило центральные 618 × 618 парсеков галактики.

Главным открытием стал компактный аккреционный диск радиусом около 120 парсеков. Ранее телескоп «Хаббл» фиксировал здесь только S-образную структуру из ионизированного газа, однако «Джеймс Уэбб» выявил, что это вращающийся многофазный диск, состоящий как из горячего ионизированного газа, так и из более холодного молекулярного водорода.

Наблюдения продемонстрировали четкий градиент скоростей: газ вращается вокруг сверхмассивной черной дыры со скоростью примерно 600 км/с. При этом западная часть диска непосредственно соединена с длинным газовым «мостом», по которому материя поступает к центру галактики. Скорости газа в месте соединения совпадают, что стало первым прямым наблюдательным подтверждением того, что такие газовые нити действительно подпитывают аккреционный диск.

Этот механизм долгое время оставался недостающим элементом в модели питания активных галактических ядер. Согласно современным представлениям, выбросы энергии из окрестностей черной дыры нагревают окружающий газ, препятствуя его дальнейшему падению. Новые данные показывают, что затем этот газ постепенно охлаждается, конденсируется в тонкие протяженные нити и под воздействием магнитных полей теряет угловой момент — характеристику, мешающую веществу падать к центру. После этого газ попадает в аккреционный диск, а уже из него постепенно «падает» на черную дыру.

Для проверки этой гипотезы авторы провели трехмерное магнитогидродинамическое моделирование — расчеты, которые одновременно учитывают движение газа и влияние магнитных полей. Симуляции практически в полном объеме воспроизвели структуру, размеры и кинематику, наблюдаемые JWST, включая непрерывный переход от внешнего филамента к вращающемуся диску. Это также помогло объяснить, как активные галактики регулируют свою эволюцию. По расчетам авторов, поступление вещества из различных газовых нитей может постепенно изменять ориентацию аккреционного диска. Поскольку релятивистские джеты сверхмассивной черной дыры выбрасываются перпендикулярно этому диску, они также меняют направление. Это позволяет более равномерно распределять энергию по всему центральному региону галактики, предотвращая охлаждение газа и образование новых звезд.

Авторы обеих работ подчеркивают, что для окончательного подтверждения модели необходимы дополнительные наблюдения других активных галактик. Однако впервые удалось одновременно увидеть все ключевые элементы предполагаемой цепочки — от охлаждающихся газовых филаментов до вращающегося аккреционного диска, который непосредственно обеспечивает сверхмассивную черную дыру веществом. Это закрывает один из важных пробелов в понимании того, как активные галактики остаются таковыми на протяжении миллионов лет.

Darth SaharaИсточники:Astrophysical Journal LettersAstrophysical Journal LettersНаука и космос0АстрономияЧёрные дырыКосмические исследованияТелескоп Джеймс Уэбб22:59