Введение

С помощью телескопа Джеймса Уэбба (JWST) астрономы получили уникальную возможность заглянуть в мир механизмов, с помощью которых сверхмассивные черные дыры поглощают материю. Эти открытия могут помочь ученым понять, как сверхмассивные черные дыры, масса которых достигает миллионов, а иногда и миллиардов солнечных масс, смогли так быстро вырасти после Большого Взрыва.

Сверхмассивные черные дыры: спящие гиганты и активные ядра

Все крупные галактики имеют в своем центре сверхмассивные черные дыры. Однако некоторые из них представляют собой спящие гиганты, поглощающие лишь небольшое количество газа и пыли, в то время как другие активно питаются, действуя как двигатели ярких центральных галактических областей, известных как активные галактические ядра (AGN).

Эти активные черные дыры выбрасывают материю из своих полюсов в виде струй, которые могут выталкивать газ и пыль — исходный материал для формирования звезд — из своих галактик-хозяев, тем самым прекращая процесс звездообразования и фактически «убивая» эти галактики.

Загадка ранних черных дыр

Кроме того, космические титаны становятся особенно загадочными, когда астрономы, используя JWST, обнаруживают их до того, как Вселенной исполнился даже один миллиард лет. Это противоречит существующим теориям, согласно которым механизмы, позволяющие черным дырам поглощать материю и затем сливаться для создания еще более массивных черных дыр, должны занимать как минимум миллиард лет, чтобы достичь сверхмассивного статуса.

Цикл питания и голодания

Одно из объяснений предполагает, что сверхмассивные черные дыры действительно отталкивают газ, тем самым истощая свои запасы, но эта материя со временем остывает и снова падает к черной дыре. Это позволяет им пережить новый период питания и роста.

Данное объяснение также предполагает, что по мере охлаждения газа формируются «струи» или филаменты, ширина которых составляет всего несколько сотен световых лет, но которые протягиваются на тысячи световых лет. Эти филаменты возвращаются в центр галактики и формируют вихревое дисковое образование вокруг черной дыры, снова наполняя ее и запуская новый период роста. Этот процесс можно рассматривать как саморегулирующийся цикл обильного питания, за которым следует голодание.

Исследование черной дыры в галактике NGC 4696

Чтобы разгадать загадку черных дыр, JWST обратил внимание на относительно близкое AGN, расположенное в центре галактики кластера Центавра, NGC 4696, находящейся всего в 145 миллионах световых лет от Земли. Телескоп Хаббла ранее изучал эту галактику и обнаружил странный, изогнутый вихрь газа вблизи центральной сверхмассивной черной дыры NGC 4696.

JWST продолжил данное исследование, создав подробную карту газового потока в сердце галактики. Это открытие показало, что изогнутый элемент достигает ширины около 800 световых лет и состоит из газа, движущегося с невероятной скоростью около 1,3 миллиона миль в час (600 километров в секунду).

Что еще более захватывающе, этот вихрь газа, похоже, связан с огромным филаментом материала, который падает к центральной сверхмассивной черной дыре.

Заключение

Команда исследователей протестировала наблюдения JWST с помощью компьютерного моделирования, обнаружив, что газ в сценарии с падающим филаментом действительно примет форму, аналогичную той, что наблюдается в NGC 4696. Как отметила член команды Хелен Рассел из Школы физики и астрономии Университета Ноттингема, «JWST показывает нам последний элемент этого замкнутого цикла». Таким образом, наблюдения JWST подтверждают, что черные дыры могут быть величайшими космическими рециркуляторами, высвобождая огромное количество энергии, которая нагревает окружающее пространство, но в то же время этот газ может остывать и вновь падать внутрь, снова питая черную дыру. Мы наконец-то наблюдаем этот самоподдерживающийся цикл в действии.