«Уэбб» помог астрономам уточнить диету чёрных дыр

Благодаря космическому телескопу имени Джеймса Уэбба астрономы смогли заглянуть в механизмы, с помощью которых сверхмассивные чёрные дыры питаются. Эти наблюдения могут помочь учёным выяснить, как сверхмассивные чёрные дыры, масса которых в миллионы, а зачастую и в миллиарды раз превышает массу Солнца, смогли так быстро разрастись вскоре после Большого взрыва. Подробности опубликованы в исследовании в журнале The Astrophysical Journal Letters. 

Хотя в центре всех крупных галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры, некоторые из них представляют собой «спящих гигантов», потребляющих лишь небольшое количество окружающего газа и пыли, в то время как другие жадно пожирают материю и заставляют центры галактик ярко светиться — за это их называют активными ядрами галактик (АЯГ). Эти питающиеся чёрные дыры также выбрасывают материю из своих полюсов в виде джетов, которые могут вытеснять газ и пыль — сырьё, необходимое для звездообразования, — из своих галактик, тем самым пресекая рождение звёзд и фактически лишая эти галактики питания. 

К тому же эти гиганты космоса задают астрономам загадку, появляясь в ранней Вселенной, которой ещё не исполнился даже миллиард лет. По расчётам, механизмы, с помощью которых чёрные дыры поглощают материю для роста, а затем сливаются, образуя ещё более массивные чёрные дыры, должны занимать не менее миллиарда лет — только тогда чёрные дыры могут достичь статуса сверхмассивных. Ситуация становится ещё более запутанной из‑за того, что, в соответствии с теориям, самые прожорливые чёрные дыры (а значит, и растущие быстрее всего) должны равным образом отталкивать материю, которую они используют для этого роста, практически заставляя себя голодать. Итак, с учётом всё это, как же сверхмассивные чёрные дыры смогли расти так быстро в ранней Вселенной? 

Одно из объяснений предполагает, что сверхмассивные чёрные дыры отталкивают газ, «моря себя голодом», как и предсказывалось, но при этом эта материя в конечном итоге остывает и возвращается к чёрной дыре. Это позволило бы начать новый период поглощения и, следовательно, роста. 

Это объяснение равным образом предполагает, что по мере остывания этот газ образует «струи» или нити шириной всего в некоторое количество сотен световых лет, но протяжённостью в тысячи световых лет. Они возвращаются в центр галактики и образуют вращающийся диск вокруг находящейся там чёрной дыры, вновь питая её и запуская новый период роста. Затем это приводит к возобновлению струй из чёрной дыры, которые снова перекрывают поступление пищи к этому космическому гиганту, позволяя всему процессу начаться заново. 

По существу, этот процесс представлял бы собой саморегулирующийся цикл, состоящий из периодов «пиршества», сменяющихся периодами «поста». Однако связь между этими нитями и сверхмассивными чёрными дырами до сих пор оставалась неясной, а значит, этот алгоритм так и не удалось подтвердить. 

«„Уэбб“ показывает, что чёрные дыры, возможно, являются главными космическими переработчиками», — заявила в своём обращении руководитель группы Джули Хлавачек-Ларрондо из Монреальского университета. «Они выделяют огромное количество энергии, нагревающее окружающее пространство, но тот же газ позже может остыть, превратившись в тонкие нити, которые падают обратно внутрь и снова питают чёрную дыру. Мы наконец-то наблюдаем этот самоподдерживающийся цикл в действии». 

Чтобы разгадать тайну чёрных дыр, «Уэбб» обратил своё внимание на по сравнению с близкое АЯГ, расположенное в центре главный галактики скопления Кентавра — NGC 4696, находящейся всего в 145 миллионах световых лет от Земли. 

Ранее космический телескоп «Хаббл» изучал эту галактику и обнаружил странный вихревой поток газа в форме крючка рядом с центральной сверхмассивной чёрной дырой NGC 4696. 

«Уэбб» продолжил исследование этого открытия, составив подробную карту потоков газа в центре галактики. Это позволило установить, что структура в форме крючка имеет ширину приблизительно 800 световых лет и состоит из газа, движущегося с невероятной скоростью — около 600 км/с. 

Ещё более удивительно то, что этот вихрь газа, по-видимому, связан с огромной нитью вещества, падающей к центральной сверхмассивной чёрной дыре. 

Команда сравнила информация наблюдений «Уэбба» с результатами компьютерного моделирования и обнаружила, что в сценарии с падающим нитевидным образованием газ действительно принимает форму, схожую с той, что наблюдается в NGC 4696. 

«„Уэбб“ продемонстрировал нам последнее звено этой замкнутой цепи, — заявила в пресс-релизе член команды Хелен Рассел из Школы физики и астрономии Ноттингемского университета (Великобритания). — Обширная нитевидная сеть газовых потоков в конечном итоге направляет газ в диск, который питает чёрную дыру».