Астрономы впервые напрямую увидели газовый «мост», снабжающий веществом чёрную дыру в центре скопления Центавра
Астрономы получили самые подробные на сегодняшний день изображения процесса, который десятилетиями оставался одной из главных загадок астрофизики: каким образом сверхмассивные чёрные дыры продолжают получать вещество, несмотря на то что сами разогревают окружающий газ и, казалось бы, должны лишать себя «источника питания». Наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» впервые показали непрерывную связь между гигантскими газовыми нитями и околоядерным диском, из которого вещество поступает к чёрной дыре.
Объектом исследования стала галактика NGC 4696, расположенная в 145 млн световых лет от Земли в центре скопления Центавра. Именно такие активные галактики считаются лучшими объектами для изучения взаимодействия сверхмассивных чёрных дыр с окружающей средой. Результаты представлены сразу в двух научных работах.
Наблюдения проводились с помощью спектрографа NIRSpec (Near Infrared Spectrograph — спектрограф ближнего инфракрасного диапазона) на борту JWST. За 7,7 часовв наблюдений учёные смогли с высоким пространственным разрешением исследовать движение газа внутри области, где уже доминирует гравитация чёрной дыры. Разрешение составило около 10 парсеков (примерно 33 световых года), а поле наблюдений охватило центральные 618 × 618 парсеков галактики.
Главным открытием стал компактный околоядерный диск радиусом около 120 парсеков. Ранее телескоп «Хаббл» видел здесь лишь S-образную структуру из ионизованного газа, однако «Джеймс Уэбб» показал, что это вращающийся многофазный диск, состоящий одновременно из горячего ионизованного газа и более холодного молекулярного водорода.
Наблюдения выявили чёткий градиент скоростей: газ вращается вокруг сверхмассивной чёрной дыры со скоростью около 600 км/с. При этом западная часть диска напрямую соединена с длинным газовым «мостом», по которому вещество поступает к центру галактики. Скорости газа в месте соединения совпадают, что стало первым прямым наблюдательным подтверждением того, что такие газовые нити действительно подпитывают околоядерный диск.
Именно этот механизм долго оставался недостающим звеном в модели питания активных галактических ядер. Согласно современным представлениям, выбросы энергии из окрестностей чёрной дыры разогревают окружающий газ, препятствуя его дальнейшему падению. Новые данные показывают, что затем этот газ постепенно охлаждается, конденсируется в тонкие протяжённые нити и под действием магнитных полей теряет угловой момент — характеристику, которая мешает веществу падать к центру. После этого газ попадает в околоядерный диск, а уже из него постепенно «падает» на чёрную дыру.
Чтобы проверить эту гипотезу, авторы выполнили трёхмерное магнитогидродинамическое моделирование — расчёты, одновременно учитывающие движение газа и влияние магнитных полей. Симуляции практически полностью воспроизвели структуру, размеры и кинематику, наблюдаемые JWST, включая непрерывный переход от внешнего филамента к вращающемуся диску. Это также помогло объяснить, как активные галактики регулируют собственную эволюцию. По расчётам авторов, поступление вещества из разных газовых нитей может постепенно менять ориентацию околоядерного диска. Поскольку релятивистские джеты сверхмассивной чёрной дыры выбрасываются перпендикулярно этому диску, они также меняют направление. Это позволяет более равномерно распределять энергию по всему центральному региону галактики, сдерживая охлаждение газа и образование новых звёзд.
Авторы обеих работ отмечают, что для окончательного подтверждения модели потребуются дополнительные наблюдения других активных галактик. Однако впервые удалось одновременно увидеть все ключевые элементы предполагаемой цепочки — от охлаждающихся газовых филаментов до вращающегося околоядерного диска, который непосредственно снабжает сверхмассивную чёрную дыру веществом. Это закрывает один из важнейших пробелов в понимании того, как активные галактики остаются такими на протяжении миллионов лет.
