Телескоп «Джеймс Уэбб» раскрыл тайну питания сверхмассивных черных дыр

Астрофизики из Монреальского университета с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» раскрыли механизм поглощения материи сверхмассивными черными дырами в центрах галактик. Инфракрасные снимки высокого разрешения показали, как гигантские газовые филаменты соединяются с плотным диском непосредственно у горизонта событий.

Понимание того, как черные дыры наращивают свою массу, критически важно для объяснения эволюции целых галактик. В центре скопления Центавра находится галактика NGC 4696, окруженная огромной сетью ионизированных газовых нитей. Ранее «Хаббл» зафиксировал в этом регионе S-образный водоворот, природа которого оставалась загадкой.

Новые наблюдения «Джеймса Уэбба» в инфракрасном диапазоне позволили рассмотреть детали. Оказалось, что водоворот — это не просто хаотичное движение, а плотный околоядерный диск. Этот диск физически и кинематически связан с внешними газовыми филаментами, простирающимися на многие тысячи световых лет.

Газ из отдаленных участков скопления напрямую перетекает по нитям в компактный диск, а затем падает за горизонт событий черной дыры. Такая схема питания решает давнюю проблему астрофизики: как сверхмассивные черные дыры получают достаточно «топлива» для своего роста и активности. Статья исследователей принята к публикации в журнале The Astrophysical Journal.

Раньше ученые не могли объяснить парадокс галактических скоплений. Внутри таких структур присутствует огромное количество горячей плазмы, которая должна остывать и конденсироваться, порождая новые звезды. Однако реальные темпы звездообразования гораздо ниже предсказанных, а плазма почему-то не падает к центру в больших объемах.

Оказалось, что черные дыры своими релятивистскими джетами — узкими потоками плазмы, вырывающимися из их окрестностей — нагревают газ. Но джеты направлены в одну сторону, а нагрев наблюдается равномерно во всех направлениях. Это противоречие теперь разрешено благодаря данным «Джеймса Уэбба».

Ключевую роль играет покачивание околоядерного диска. Постоянный приток газа через внешние нити заставляет диск менять свою ориентацию в пространстве. Вместе с диском меняют направление и релятивистские джеты — подобно тому, как разбрызгиватель на газоне равномерно орошает участок, вращаясь.

В результате тепловая энергия от джетов распределяется по всему ядру галактического скопления, предотвращая неконтролируемое охлаждение плазмы и одновременно питая черную дыру. Это открытие не только объясняет механизм питания черных дыр, но и уточняет модели эволюции галактик и их скоплений.