Circinus, o galaxie aflată la aproximativ 13 milioane de ani-lumină distanță, conține o gaură neagră supermasivă activă, care continuă să-i influențeze evoluția. Se credea că cea mai mare sursă de lumină infraroșie din regiunea cea mai apropiată de gaura neagră sunt fluxurile de materie supraîncălzită care se propagă spre exterior.
Noile observații realizate de Telescopul Spațial James Webb al NASA, văzute aici împreună cu o nouă imagine de la Telescopul Spațial Hubble al NASA, oferă dovezi care inversează această gândire, sugerând că cea mai mare parte a materialului constituit din praf cosmic fierbinte alimentează de fapt gaura neagră centrală.
Tehnica utilizată pentru colectarea acestor date are, de asemenea, potențialul de a analiza componentele de ieșire și acreție pentru alte găuri negre din apropiere.
Cercetarea, care include cea mai clară imagine a împrejurimilor unei găuri negre realizată vreodată de Webb, a fost publicată marți în Nature.
Întrebare despre fluxul de ieșire
Găurile negre supermasive, precum cele din Circinus, rămân active consumând materia din jur. Gazul și praful care intră în găuri se acumulează într-un inel în formă de gogoașă în jurul găurii negre, cunoscut sub numele de tor. Pe măsură ce găurile negre supermasive adună materia de pe pereții interiori ai tor-ului, acestea formează un disc de acreție, similar unui vârtej de apă care se învârte în jurul unui canal de scurgere. Acest disc se încălzește prin frecare, devenind în cele din urmă suficient de fierbinte pentru a emite lumină.
Această materie strălucitoare poate deveni atât de strălucitoare încât rezolvarea detaliilor din centrul galaxiei cu telescoape terestre este dificilă. Acest lucru este și mai dificil din cauza luminii stelare puternice, care ascunde galaxia, din interiorul galaxiei Circinus.
În plus, deoarece tor-ul este incredibil de dens, regiunea interioară a materialului care cade, încălzit de gaura neagră, este ascunsă din punctul nostru de vedere. Timp de decenii, astronomii s-au confruntat cu aceste dificultăți, proiectând și îmbunătățind modelele galaxiei Circinus cu cât mai multe date posibil.
CITEȘTE ȘI: Hubble încearcă să dezlege enigmele galaxiei NGC 2775, aflată în constelația Rac
„Pentru a studia gaura neagră supermasivă, în ciuda faptului că nu au putut să o rezolve, au trebuit să obțină intensitatea totală a regiunii interioare a galaxiei pe o gamă largă de lungimi de undă și apoi să introducă aceste date în modele”, a declarat Enrique Lopez-Rodriguez de la Universitatea din Carolina de Sud, autorul principal al cercetării.
Modelele timpurii se potriveau cu spectrele din regiuni specifice, cum ar fi emisiile tor-ului, cele ale discului de acreție cel mai apropiat de gaura neagră sau cele ale fluxurilor de ieșire, fiecare detectată la anumite lungimi de undă ale luminii.
Cu toate acestea, deoarece regiunea nu putea fi rezolvată în întregime, aceste modele au lăsat semne de întrebare la mai multe lungimi de undă. De exemplu, unele telescoape puteau detecta un exces de lumină infraroșie, dar nu aveau rezoluția necesară pentru a determina exact de unde provenea aceasta.
„Din anii ’90, nu a fost posibil să se explice emisiile infraroșii în exces care provin de la praful fierbinte din miezul galaxiilor active, ceea ce înseamnă că modelele iau în considerare fie torusul, fie fluxurile de ieșire, dar nu pot explica acest exces”, a spus Lopez-Rodriguez.
Astfel de modele au descoperit că cea mai mare parte a emisiilor (și, prin urmare, a masei) din apropierea centrului provenea din fluxuri de ieșire. Pentru a testa această teorie, așadar, astronomii aveau nevoie de două lucruri: capacitatea de a filtra lumina stelelor care anterior împiedica o analiză mai profundă și capacitatea de a distinge emisiile infraroșii ale tor-ului de cele ale fluxurilor de ieșire. Webb, suficient de sensibil și sofisticat din punct de vedere tehnologic pentru a face față ambelor provocări, a fost necesar pentru a ne îmbunătăți înțelegerea.
CITEȘTE ȘI: Hubble ne arată o galaxie vibrantă a grupului Fecioarei
Tehnica inovatoare a lui Webb
Pentru a privi în centrul lui Circinus, Webb avea nevoie de instrumentul Aperture Masking Interferometer de pe instrumentul său NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph).
Pe Pământ, interferometrele iau de obicei forma unor rețele de telescoape: oglinzi sau antene care funcționează împreună ca și cum ar fi un singur telescop. Un interferometru face acest lucru prin colectarea și combinarea luminii din orice sursă spre care este îndreptat, provocând undele electromagnetice care alcătuiesc lumina să „interfere” între ele (de unde și „interfereometru”) și creând modele de interferență. Aceste modele pot fi analizate de astronomi pentru a reconstrui dimensiunea, forma și caracteristicile obiectelor îndepărtate cu mult mai multe detalii decât tehnicile non-interferometrice.
Interferometrul de mascare a aperturii permite telescopului Webb să se transforme într-o rețea de telescoape mai mici care lucrează împreună ca un interferometru, creând aceste modele de interferență de unul singur. Realizează acest lucru utilizând o deschidere specială formată din șapte găuri mici, hexagonale, care, la fel ca în fotografie, controlează cantitatea și direcția luminii care intră în detectoarele telescopului.
„Aceste găuri din mască sunt transformate în mici colectoare de lumină care ghidează lumina către detectorul camerei și creează un model de interferență”, a explicat Joel Sanchez-Bermudez, de la Universitatea Națională din Mexic, coautor.
Având la dispoziție date noi, echipa de cercetare a reușit să construiască o imagine din modelele de interferență ale regiunii centrale. Pentru a face acest lucru, au consultat date din observații anterioare pentru a se asigura că datele lor de la Webb nu conțineau informații perturbatoare. Acest lucru a dus la prima observație extragalactică realizată de un interferometru în infraroșu în spațiu.
„Prin utilizarea unui mod avansat de imagistică al camerei, putem dubla efectiv rezoluția acesteia pe o suprafață mai mică a cerului. Acest lucru ne permite să vedem imagini de două ori mai clare. În loc de diametrul de 6,5 metri al lui Webb, este ca și cum am observa această regiune cu un telescop spațial de 13 metri.”, a completat Sanchez-Bermudez
Datele au arătat că, contrar concluziilor oferite de modelele care prevăd că excesul de infraroșu provine din fluxuri, aproximativ 87% din emisiile de praf fierbinte din Circinus provin din zonele cele mai apropiate de gaura neagră, în timp ce mai puțin de 1% din emisii provin din fluxuri de praf fierbinte. Restul de 12% provine de la distanțe mai îndepărtate, care anterior nu puteau fi distinse.
„Este prima dată când un mod Webb cu contrast ridicat a fost utilizat pentru a examina o sursă extragalactică. Sperăm că munca noastră va inspira alți astronomi să utilizeze modul Interferometru de Mascare a Aperturii pentru a studia structurile prăfuite, slabe, dar relativ mici, din vecinătatea oricărui obiect luminos.”, a menționat Julien Girard, cercetător științific senior la Institutul de Știință al Telescopului Spațial, coautor al lucrării.
Acest videoclip cu zoom arată locația galaxiei Circinus pe cer. Începe cu o fotografie terestră a constelației Circinus, realizată de regretatul astrofotograf Akira Fujii. Videoclipul se concentrează asupra galaxiei Circinus, folosind imagini de la Digitized Sky Survey și Dark…
Universul găurilor negre
Deși misterul emisiilor excesive ale găurilor negre de la Circinus a fost rezolvat, există miliarde de găuri negre în universul nostru. Echipa notează că cele cu luminozități diferite ar putea influența proveniența majorității emisiilor din tor-ul unei găuri negre sau din fluxurile sale.
„Strălucirea intrinsecă a discului de acreție al lui Circinus este foarte moderată. Deci, este logic ca emisiile să fie dominate de tor. Dar poate că, pentru găurile negre mai strălucitoare, emisiile să fie dominate de flux.” a spus Lopez-Rodriguez.
Cu această cercetare, astronomii au acum o tehnică testată pentru a investiga orice găuri negre doresc, atâta timp cât acestea sunt suficient de luminoase pentru ca Interferometrul de Mascare a Aperturii să fie util. Studierea unor ținte suplimentare va fi esențială pentru construirea unui catalog de date de emisie pentru a stabili dacă rezultatele obținute de la Circinus au fost unice sau caracteristice unui model. „Avem nevoie de un eșantion statistic de găuri negre, poate o duzină sau două duzini, pentru a înțelege cum se leagă masa din discurile lor de acreție și din fluxurile lor de ieșire cu puterea lor”, a spus Lopez-Rodriguez.
Telescopul Spațial James Webb este principalul observator de știință spațială din lume. Webb rezolvă mistere din sistemul nostru solar, privind dincolo de lumi îndepărtate din jurul altor stele și investigând structurile și originile misterioase ale universului nostru și locul nostru în acesta. Webb este un program internațional condus de NASA împreună cu partenerii săi, ESA (Agenția Spațială Europeană) și CSA (Agenția Spațială Canadiană).
Autor: Corina Gheorghe
Foto/ video: NASA, ESA, CSA, Alyssa Pagan (STScI)
CITEȘTE ȘI: Astronomii au descoperit o nouă galaxie pitică
