Το αίνιγμα των αστρονόμων
Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι αντιμετωπίζουν ένα αίνιγμα στα κέντρα των τεράστιων γαλαξιών: πώς μπορεί μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα να συνεχίζει να τροφοδοτείται όταν οι δικοί της ισχυροί πίδακες θερμαίνουν το περιβάλλον αέριο που την τροφοδοτεί; Νέες παρατηρήσεις από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb, ή JWST, φέρνουν αυτή τη διαδικασία σε πολύ πιο ευκρινή εικόνα.
Οι εικόνες παρέχουν την πιο καθαρή μέχρι σήμερα εικόνα των αέριων νημάτων που συνδέουν την καυτή ατμόσφαιρα ενός γαλαξία με τον περιστρεφόμενο δίσκο που τροφοδοτεί υλικό στην κεντρική υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του.
Μια διεθνής συνεργασία με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Μόντρεαλ, με συνεισφορές από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, πραγματοποίησε τις παρατηρήσεις και ανέλυσε τα δεδομένα. Τα αποτελέσματα, που αναφέρθηκαν στο τεύχος της 14ης Ιουλίου του The Astrophysical Journal Letters, απαντούν σε ένα ερώτημα με το οποίο οι αστρονόμοι παλεύουν εδώ και δεκαετίες.
«Οι παρατηρήσεις του JWST μας προσφέρουν χιλιάδες νέα δεδομένα και μετρήσεις, και μπορώ να αναφέρω ότι είναι πολλά για να τα απορροφήσουμε», δήλωσε η Megan Donahue, διακεκριμένη καθηγήτρια φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο MSU. «Εργαζόμαστε όλοι μαζί για να λύσουμε τα αστροφυσικά ερωτήματα σχετικά με το πώς αυτές οι μαύρες τρύπες προμηθεύονται τα καύσιμα τους και πώς αλληλεπιδρούν με τον γαλαξία που τις φιλοξενεί».
Οι πίδακες μαύρων τρυπών δημιουργούν ένα παράδοξο τροφοδοσίας
Σχεδόν κάθε μεγάλος γαλαξίας περιέχει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, ή SMBH, στο κέντρο του, με μάζα εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο. Όταν μία από αυτές τις μαύρες τρύπες καταναλώνει ενεργά το περιβάλλον υλικό, γίνεται αυτό που οι αστρονόμοι ονομάζουν ενεργό γαλαξιακό πυρήνα, ή AGN.
Μια ενεργή μαύρη τρύπα μπορεί να εκτοξεύσει ισχυρούς πίδακες ενέργειας στο περιβάλλον της. Αυτοί οι πίδακες μπορούν να αναδιαμορφώσουν τον γαλαξία που τις φιλοξενεί, να καταστείλουν τον σχηματισμό νέων αστεριών και να επηρεάσουν τον τρόπο με τον οποίο εξελίσσεται ο γαλαξίας.
Αλλά αυτό δημιουργεί μια φαινομενική αντίφαση. Εάν οι πίδακες θερμάνουν το αέριο που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα, θα πρέπει τελικά να αποκόψουν το ίδιο το υλικό που χρειάζεται η μαύρη τρύπα για να συνεχίσει να τροφοδοτείται και να αναπτύσσεται.
Η κύρια εξήγηση είναι ότι μέρος του θερμαινόμενου αερίου τελικά ψύχεται, συμπυκνώνεται σε μακριά, στενά νήματα και πέφτει πίσω προς το κέντρο του γαλαξία. Αυτό θα δημιουργούσε έναν αυτορρυθμιζόμενο κύκλο στον οποίο η μαύρη τρύπα διαταράσσει και τελικά αναπληρώνει τη δική της τροφοδοσία καυσίμου.
Για να διερευνήσουν αυτή την ιδέα, οι ερευνητές έστρεψαν το JWST προς τον NGC 4696, τον κεντρικό γαλαξία του Σμήνους του Κενταύρου. Βρίσκεται περίπου 145 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, το πυκνό σμήνος γαλαξιών θεωρείται ένα από τα καλύτερα μέρη για να μελετηθεί ο τρόπος λειτουργίας των AGN.
Το JWST εντόπισε αέριο στον δίσκο τροφοδοσίας
Χρησιμοποιώντας σχεδόν οκτώ ώρες παρατηρήσεων από το όργανο NIRSpec του JWST, οι ερευνητές χαρτογράφησαν την κίνηση του αερίου βαθιά μέσα στη σφαίρα επιρροής της μαύρης τρύπας. Οι παρατηρήσεις ανίχνευσαν χαρακτηριστικά διαμέτρου περίπου 30 ετών φωτός - εξαιρετικά μικρά σε σύγκριση με έναν γαλαξία που εκτείνεται σε εκατοντάδες χιλιάδες έτη φωτός.
Οι χάρτες αποκάλυψαν ότι ένας στροβιλισμός σχήματος S κοντά στο κέντρο είναι στην πραγματικότητα ένας περιστρεφόμενος δίσκος αερίου που περιβάλλει την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Ο δίσκος εκτείνεται σε σχεδόν 800 έτη φωτός, με υλικό να κινείται με ταχύτητες έως και 600 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο.
Το πιο σημαντικό είναι ότι ο δίσκος φαίνεται να συνδέεται άμεσα με ένα από τα μεγάλα νήματα που εκτείνονται στον γαλαξία. Οι παρατηρήσεις δείχνουν αέριο να ταξιδεύει κατά μήκος αυτού του νήματος και να εισέρχεται στον περιστρεφόμενο δίσκο που τροφοδοτεί υλικό στη μαύρη τρύπα.
Μαζί, οι παρατηρήσεις βοηθούν στη συμπλήρωση του ευρύτερου κύκλου τροφοδοσίας. Οι πίδακες που απελευθερώνονται από τη μαύρη τρύπα εγχέουν ενέργεια στο περιβάλλον αέριο. Με την πάροδο του χρόνου, μέρος αυτού του αερίου ψύχεται, γίνεται ασταθές και συμπυκνώνεται σε νήματα που μπορεί να έχουν πλάτος μόνο μερικές εκατοντάδες έτη φωτός, ενώ εκτείνονται για χιλιάδες έτη φωτός.
Οι μαγνητικές δυνάμεις στη συνέχεια επιβραδύνουν την περιστροφή του αερίου που πέφτει και το οδηγούν προς τα μέσα. Το υλικό συλλέγεται σε έναν περιστρεφόμενο δίσκο γύρω από τη μαύρη τρύπα, ο δίσκος τροφοδοτεί τη μαύρη τρύπα με καύσιμο και η μαύρη τρύπα Το e εκτοξεύει νέους πίδακες, ξεκινώντας τον κύκλο από την αρχή.
Οι προσομοιώσεις υποστηρίζουν τον κύκλο τροφοδοσίας
Οι ερευνητές δοκίμασαν επίσης αυτήν την ερμηνεία με υπερσύγχρονες προσομοιώσεις υπολογιστών. Το αέριο στις προσομοιώσεις συμπεριφέρθηκε πολύ όπως το υλικό που παρατηρήθηκε από το JWST, παρέχοντας ανεξάρτητη υποστήριξη για την προτεινόμενη διαδικασία τροφοδοσίας.
«Ήταν πραγματικά συναρπαστικό να συμμετάσχω σε αυτό το έργο», δήλωσε ο καθηγητής Φυσικής και Αστρονομίας του MSU, Mark Voit. «Οι υπολογισμοί που έγιναν από την ομάδα μας στο Michigan State προβλέπουν ότι τα μαγνητικά πεδία θα πρέπει να βοηθούν στην τροφοδοσία των μεγαλύτερων μαύρων τρυπών του σύμπαντος διοχετεύοντας ψυχρό αέριο προς αυτές, και είναι εκπληκτικό να βλέπουμε αυτό να συμβαίνει σε αυτές τις εικόνες του JWST».
www.worldenergynews.gr
