Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) wykonał najczystszy jak dotąd obraz otoczenia supermasywnej czarnej dziury, dostarczając nowego, kluczowego wglądu w rozwój tych kosmicznych silników. Obserwacje skupione na galaktyce Circus, znajdującej się 14 milionów lat świetlnych od nas, pokazują, że intensywna poświata w podczerwieni, przypisywana wcześniej potężnym wyrzutom, w rzeczywistości pochodzi z gęstego dysku gazu i pyłu wlatującego spiralnie w czarną dziurę. Odkrycie podważa długo utrzymywane założenia dotyczące funkcjonowania aktywnych czarnych dziur i ich roli w ewolucji galaktyk.
Odkrywanie wewnętrznego działania czarnej dziury
Przez dziesięciolecia astronomowie wierzyli, że większość promieniowania podczerwonego w pobliżu aktywnych czarnych dziur pochodzi z materii gwałtownie wyrzucanej na zewnątrz. Jednak wysokiej jakości obrazowanie w podczerwieni wykonane przez JWST ujawniło obecnie, że dominującym źródłem tej energii jest płaski dysk gorącego pyłu i gazu bezpośrednio zasilający czarną dziurę. Dysk ten, zwany torusem, odpowiada za około 87% obserwowalnego promieniowania podczerwonego.
Zespół kierowany przez Enrique Lopeza-Rodrigueza z Uniwersytetu Południowej Karoliny zastosował na JWST specjalistyczny tryb o wysokim kontraście, skutecznie podwajając rozdzielczość teleskopu z 6,5 metra do 13 metrów. Umożliwiło to uwidocznienie i zmapowanie struktur w centrum galaktyki, które wcześniej były ukryte przez otaczający pył. Rezultat: szczegółowy widok dysku akrecyjnego czarnej dziury, który służy jako główny zbiornik materii wciąganej do wewnątrz.
Rzucanie wyzwań starym modelom
Poprzednie teleskopy nie miały wystarczającej rozdzielczości, aby rozróżnić światło emitowane przez dysk akrecyjny, torus pyłowy i wyrzuty, mieszając je w jedno nierozdzielone źródło. Zdolność JWST do oddzielenia tych komponentów jest rewolucyjna. Tylko około 1% emisji podczerwieni pochodzi ze słabych wyrzutów, co wskazuje, że wyrzuty czarnej dziury odgrywają niewielką rolę w ogólnym bilansie energetycznym w porównaniu z materią opadającą do wewnątrz. Pozostałe 12% pochodzi z bardziej oddalonego pyłu, podgrzewanego przez promieniowanie czarnej dziury.
Implikacje dla ewolucji galaktyk
Zrozumienie wzrostu czarnych dziur ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia ewolucji galaktyk. Gdy czarne dziury pochłaniają materię, mogą uwolnić ogromne ilości energii, które albo tłumią, albo stymulują powstawanie gwiazd i kształtują ogólną strukturę galaktyki. Wyraźne oddzielenie materiału opadającego od wyrzucanego pyłu dostarcza kluczowych informacji na temat tego procesu.
„Potrzebujemy statystycznej próbki czarnych dziur, może kilkunastu, aby zrozumieć, w jaki sposób masa ich dysków akrecyjnych i ich emisje odnoszą się do ich mocy” – wyjaśniła Lopez-Rodriguez.
Zespół badawczy planuje zastosować tę technikę do innych pobliskich czarnych dziur, mając na celu stworzenie kompleksowego obrazu wzrostu tych kosmicznych gigantów i ich wpływu na galaktyki macierzyste. Uważa się, że torus pyłowy obserwowany w Circus jest powszechny wśród aktywnych czarnych dziur, co czyni go istotnym krokiem w kierunku odkrycia tajemnic ewolucji galaktyk.
