James Webb otkrio kako se supermasivne crne rupe hrane

U središtu galaktičkog skupa Centaurus Svemirski teleskop James Webb je razotkrio vezu između golemih vlakana plina i diska koji okružuje supermasivnu crnu rupu. Opservacije galaksije NGC 4696 pokazuju kako se materijal iz širokog galaktičkog okoliša može usmjeravati prema središtu, gdje ulazi u proces kojim crna rupa raste i mijenja prostor oko sebe.

Plin iz skupa Centaurus vodi prema galaktičkom središtu

Supermasivne crne rupe nalaze se u središtima velikih galaksija, pa tako i u Mliječnoj stazi. Astronomi ih mogu otkriti po utjecaju na okolne zvijezde, plin i zračenje, ali mnogo je teže vidjeti sam put kojim materijal dolazi do njih. Još je teže povezati taj dotok plina s energijom koju aktivna crna rupa vraća u okolni prostor.

Zbog toga je galaktički skup Centaurus posebno zanimljiv. Udaljen je oko 170 milijuna svjetlosnih godina, dovoljno blizu da ga najjači teleskopi mogu proučavati u rijetko viđenim detaljima. U njegovu središtu nalazi se NGC 4696, velika galaksija obavijena mrežom plinovitih vlakana koja se protežu kroz središnji dio skupa.

Ta vlakna sada dobivaju novu ulogu. Prema Webbovim opservacijama, ona nisu odvojena od aktivnosti u samoj jezgri galaksije. Čini se da su povezana s putem kojim se plin postupno usmjerava prema području oko supermasivne crne rupe.

Hubble je ranije u jezgri NGC 4696 zabilježio ionizirani plin raspoređen u obliku slova S. Webb je sada isti prostor promotrio u infracrvenom dijelu spektra i pokazao da taj S-oblik pripada većem, uređenijem sustavu. Riječ je o rotirajućem disku oko galaktičke jezgre, povezanom s mnogo većom mrežom plinovitih vlakana.

Drugim riječima, Webbovi podaci povezuju dva razmjera koja su astronomi dugo promatrali odvojeno: velika vlakna plina u središtu galaktičkog skupa i kompaktan disk u neposrednoj blizini crne rupe. Upravo kroz takav disk plin može završiti u području iz kojeg se supermasivna crna rupa hrani.

Hubble je pokazao oblik, Webb otkrio vezu

Hubble je u središtu galaksije NGC 4696 ranije zabilježio ionizirani plin raspoređen u obliku slova S. Taj je prizor bio zanimljiv, ali nije bilo jasno je li riječ o prolaznoj strukturi, ostatku poremećaja u plinu ili dijelu većeg sustava koji usmjerava materijal prema jezgri galaksije.

Webb sada pokazuje da se iza tog S-oblika krije uređenija struktura. Plin se ondje giba kao dio rotirajućeg diska oko galaktičke jezgre, a u njemu se nalaze različite komponente, od ioniziranog plina do hladnijeg materijala povezanog s molekularnim plinom. Takav disk nalazi se dovoljno blizu središta da može imati izravnu ulogu u dopremanju materijala prema supermasivnoj crnoj rupi.

Najvažnije je da taj disk nije odvojen od ostatka galaksije. Webbovi podaci pokazuju da je povezan s mnogo većom mrežom plinovitih vlakana koja se proteže kroz središte galaktičkog skupa Centaurus. Plin, dakle, prema crnoj rupi ne dolazi jednostavnom putanjom. Kreće se kroz vlakna, ulazi u središnje područje galaksije i ondje se organizira u disk oko jezgre.

Takva veza astronomima je dugo nedostajala. Velika vlakna plina u središtima galaktičkih skupova bila su poznata, kao i manji diskovi oko aktivnih galaktičkih jezgri. Webb je u NGC 4696 povezao ta dva razmjera u jednu sliku: materijal iz šireg okoliša skupa može završiti u strukturi koja hrani crnu rupu.

Plinska vlakna mogu mijenjati smjer mlazova

Središnja crna rupa u NGC 4696 ne privlači samo plin prema sebi. Kada materijal ulazi u njezinu blizinu, oslobađa se golema količina energije. Dio te energije odlazi natrag u okolni prostor kroz snažne mlazove koji probijaju vrući plin u središtu skupa i stvaraju šupljine vidljive u rendgenskim opservacijama.

Ti su mlazovi važni jer mogu usporiti hlađenje plina. U središtima galaktičkih skupova nalazi se velika količina vrućeg plina koji bi se, barem prema jednostavnijim modelima, trebao hladiti, spuštati prema središtu i poticati snažno stvaranje zvijezda. U mnogim skupovima to se ne događa tom brzinom. Aktivne galaktičke jezgre vjerojatno dio tog procesa drže pod kontrolom.

No tu postoji problem. Mlazovi crne rupe izlaze u određenim smjerovima, a zagrijavanje plina u središtima skupova često izgleda mnogo ravnomjernije. Novi podaci iz Centaurusa nude moguće objašnjenje: ako se disk oko galaktičke jezgre s vremenom pomiče pod utjecajem plinskih vlakana, može se mijenjati i smjer mlazova.

U takvom scenariju crna rupa ne šalje energiju uvijek istim putem. Smjer mlazova kroz dugo razdoblje može lagano lutati, pa se toplina širi kroz veći dio središta skupa. Time se lakše objašnjava kako usmjereni mlazovi mogu imati mnogo širi učinak na okolni plin.

NGC 4696 pokazuje put plina prema crnoj rupi

Vrijednost ovih opservacija je u tome što prikazuju proces koji se inače gubi između različitih razmjera. Na velikim udaljenostima od jezgre vidi se mreža plinovitih vlakana. U samom središtu galaksije vidi se disk oko jezgre, područje iz kojeg materijal može nastaviti put prema supermasivnoj crnoj rupi.

NGC 4696 sada pokazuje kako ta dva sustava mogu biti povezana. Plin iz središta galaktičkog skupa ne ostaje raspršen u velikim vlaknima, nego se dio tog materijala može usmjeriti prema unutra. Kada stigne dovoljno blizu jezgre, ulazi u disk koji određuje njegovo daljnje gibanje.

To mijenja način na koji gledamo aktivnu crnu rupu u središtu galaksije. Ona nije izoliran objekt koji samo privlači okolni materijal. Povezana je s plinom u cijelom središtu skupa, a energija koju vraća natrag može utjecati na hlađenje plina i stvaranje zvijezda u galaksiji.

U galaktičkom skupu Centaurus sada se jasnije vidi slijed događaja: velika vlakna dovode plin prema unutra, disk ga usmjerava oko jezgre, a supermasivna crna rupa iz tog sustava dobiva materijal i vraća energiju u okolni prostor.

Ivan Petričević

Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.