Teleskop Jamesa Webba (JWST) dostarczył najczystszy jak dotąd obraz obszaru wokół supermasywnej czarnej dziury, rozstrzygając trwającą od kilkudziesięciu lat debatę na temat przyczyny niezwykłej jasności w podczerwieni w pobliżu tych silników galaktycznych. Nowe dane z JWST potwierdzają, że nadmiar światła nie pochodzi z materii wyrzuconej z czarnej dziury, ale z aktywnie wpadającego do niej pyłu i gazu. To odkrycie pogłębia naszą wiedzę na temat wzrostu czarnych dziur i ich wpływu na galaktyki, w których się znajdują.
Tajemnica promieniowania podczerwonego
Od ponad 20 lat astronomowie obserwują nieoczekiwany nadmiar promieniowania podczerwonego wokół supermasywnych czarnych dziur (SMBH) w aktywnych galaktykach. Przeważająca teoria sugerowała, że jasność ta wynikała z przegrzanych wyrzutów – strumieni materii wyrzucanych z bezpośredniego sąsiedztwa czarnej dziury. Jednak to wyjaśnienie nigdy w pełni nie pokrywało się z obserwacjami.
Przełom JWST w Galaktyce Cyrkowej
W niedawnym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature Communications wykorzystano JWST do zbadania Galaktyki Cyrku, znajdującej się 13 milionów lat świetlnych od Ziemi. Łącząc ostre obrazy JWST z obserwacjami naziemnymi, naukowcy odkryli, że około 87% nadmiernej emisji podczerwieni pochodzi z dysku materiału wlatującego spiralnie w SMBH. Dysk ten, znany jako dysk akrecyjny, powstaje, gdy gaz i pył opadają w kierunku czarnej dziury, nagrzanej do ekstremalnych temperatur przez siły grawitacyjne.
Zespół wykorzystał interferometr maskujący aperturę (AMI) firmy JWST, aby zasadniczo podwoić rozdzielczość teleskopu, zapewniając niespotykaną klarowność. Jak wyjaśnił Joel Sanchez-Bermudez, astrofizyk z Narodowego Uniwersytetu Autonomicznego Meksyku, jest to równoznaczne z obserwacją za pomocą 13-metrowego teleskopu zamiast standardowych 6,5 metra JWST.
Czarne dziury: pączki, dyski i dynamika
Aktywne czarne dziury zasilane są przez pierścień gazu i pyłu w kształcie pączka (zwany torusem). Kiedy materia wpada do czarnej dziury, tworzy cieńszy, szybko obracający się dysk akrecyjny. Tarcie wewnątrz tego dysku generuje intensywne ciepło i światło, zasłaniając samą czarną dziurę.
Czarne dziury nie pochłaniają wszystkiego; wyrzucają również pewną materię w postaci dżetów lub wiatrów. Zrozumienie interakcji między tymi przepływami do wewnątrz i na zewnątrz ma kluczowe znaczenie dla określenia, w jaki sposób czarne dziury gromadzą materię, wpływają na powstawanie gwiazd i ostatecznie tworzą galaktyki macierzyste.
Implikacje i przyszłe badania
Wyniki JWST rozwiązują utrzymującą się od dawna niepewność co do źródła promieniowania podczerwonego. Pokazuje także siłę interferometrii w badaniu tych ekstremalnych środowisk. Naukowcy zastosują teraz tę technikę do innych aktywnych SMBH, aby ustalić, czy dominacja emisji indukowanej dyskiem jest uniwersalna.
Przyszłe obserwacje będą miały na celu potwierdzenie, czy ten proces akrecji hamuje powstawanie gwiazd w centralnym regionie Cyrku. Badania te pokazują wyjątkową zdolność JWST do rozpoznawania wcześniej niewidocznych szczegółów w najbardziej ekstremalnych środowiskach we Wszechświecie.
Odkrycie to stanowi znaczący krok naprzód w zrozumieniu złożonej dynamiki czarnych dziur i ich roli w ewolucji galaktyk.
