Почти всяка голяма галактика във Вселената има в центъра си свръхмасивна черна дупка с маса, достигаща милиони или милиарди пъти тази на Слънцето. В продължение на десетилетия учените се опитват да обяснят как тези обекти продължават да нарастват, въпреки че тяхната активност би трябвало да ограничава притока на материя.

Ново изследване, публикувано от WIRED, предоставя най-силното досега доказателство, че черните дупки имат механизъм за „рециклиране“ на космически газ, който им позволява почти непрекъснато да се захранват.

Черните дупки нарастват, като поглъщат околна материя, но същевременно изхвърлят големи количества енергия чрез мощни струи (джетове), които нагряват околния газ.

Това поражда противоречие, тъй като нагретият газ се разпръсква далеч от черната дупка и би трябвало да ограничава достъпа до нова материя. Въпреки това свръхмасивните черни дупки продължават да растат. Газът се охлажда в междузвездното пространство, кондензира в дълги нишковидни структури, наречени филаменти, след което отново пада към центъра на галактиката и захранва черната дупка.

Международен екип, ръководен от проф. Жули Главачек-Ларондо от Университета в Монреал, представя убедителни доказателства в подкрепа на тази теория, разказва WIRED. Обект на изследването е централната галактика NGC 4696, разположена в купа Кентавър, на около 145 милиона светлинни години от Земята.

С помощта на близкоинфрачервения спектрограф NIRSpec на космическия телескоп „Джеймс Уеб“ учените наблюдават централната област на галактиката в продължение на близо осем часа.

Резолюцията на инструмента е толкова висока, че различава структури с размер около 30 светлинни години. За сравнение ако галактика с диаметър 300 000 светлинни години се свие до размера на футболно игрище, тази прецизност би позволила откриването на едно топче на терена от разстояние 50 километра.

Добре познатата S-образна структура около центъра на NGC 4696 всъщност представлява въртящ се диск от газ, който обикаля около свръхмасивната черна дупка.

Газовият диск има диаметър около 800 светлинни години, а материята в него се движи със стотици километри в секунда под въздействието на силната гравитация. Между двата края на диска е измерена разлика в скоростта от около 600 км/ч.

Наблюдения, продължили близо пет години, разкриват доказателства за липсващия вятър на свръхмасивната черна дупка в центъра на нашата галактика

Мистерията на „тихата“ черна дупка в центъра на Млечния път може би е разгадана

По-важното откритие е, че охладеният газ, организиран във филаменти, се влива директно към периферията на диска и постепенно достига до черната дупка, превръщайки се в нейно ново „гориво“.

За първи път учените проследяват директно целия процес – от охлаждането на газа до повторното му поглъщане от черната дупка.

„Джеймс Уеб показва, че черните дупки може би са най-добрите космически рециклатори. Те освобождават огромни количества енергия, която нагрява околната среда, но същият този газ по-късно се охлажда, оформя тънки нишки и отново пада към черната дупка. За първи път наблюдаваме този самоподдържащ се цикъл в действие“, казва проф. Главачек-Ларондо пред WIRED.

„Галактиката Безкрайност“ може би крие първата свръхмасивна черна дупка, формирана в ранната Вселена след Големия взрив

Космическа безкрайност: Астрономи откриха следи от най-ранна свръхмасивна черна дупка

Освен наблюденията екипът провежда и компютърни симулации.

Симулациите показват, че при движението си към центъра нишковидният газ взаимодейства със силно разтегнати магнитни полета. Те действат като въжета, които постепенно отнемат ъгловия момент на газа и му позволяват да попадне във въртящия се диск, вместо да бъде изхвърлен обратно в космоса.

Симулациите разкриват още един интересен ефект: тъй като газът навлиза към диска от различни посоки, неговата ос непрекъснато се измества. Това води до постоянно изменение на посоката на мощните енергийни джетове, излъчвани от черната дупка.

Вместо да нагряват само една област, струите разпределят енергията си по-равномерно в централната част на галактическия куп, като така предотвратяват прекомерното охлаждане на газа.

Изследователите считат, че този механизъм вероятно не е универсален. В някои галактически купове черните дупки излъчват толкова мощни джетове, че газов диск не се формира и околният газ остава в силно хаотично състояние.

Това показва, че интензивността на активността на свръхмасивна черна дупка може съществено да промени поведението на цялата околна среда.

Настоящото изследване е първата от три научни публикации, базирани на наблюденията с телескопа „Джеймс Уеб“.

Първата публикация анализира сравнително топъл газ с температура около 10 000 келвина. Следващите две ще изследват поведението на газа при други температури, което според учените ще допринесе за по-пълна картина на процесите около свръхмасивните черни дупки.

Откритието вече е довело до одобряване на нови наблюдателни програми с телескопа „Джеймс Уеб“ и до координирани изследвания с други обсерватории по света. Целта е да се установи дали подобен механизъм на „космическо рециклиране“ съществува и в други галактики.