Teleskop James-Webb prześwietla zakurzone serce pobliskiej galaktyki

Galaktyka odległa o zaledwie 13 milionów lat świetlnych skrywa wyjątkowo żarliwe centrum, którego dotąd nie potrafiliśmy dobrze zobaczyć.

Teraz teleskop kosmiczny James-Webb zajrzał w samo jej jądro i pokazał, co naprawdę dzieje się wokół supermasywnej czarnej dziury. Zamiast spokojnego centrum pojawia się obraz galaktyki pchanej do granic aktywności przez gigantyczny, niewidoczny lej energii i chmury rozgrzanego pyłu.

Galaktyka Kompasu: blisko, a mimo to trudna do zbadania

Opisywany obiekt to galaktyka Kompasu (Circinus), jedna z najbardziej aktywnych galaktyk w naszej kosmicznej okolicy. Znajduje się około 13 milionów lat świetlnych od Ziemi, więc w astronomicznej skali leży niemal „za rogiem”. Bywa dostępna nawet dla zaawansowanych amatorów z większymi teleskopami, ale złapanie jej w kadr wcale nie jest łatwe.

Problemem jest jej położenie. Galaktyka Kompasu leży bardzo blisko płaszczyzny naszej Drogi Mlecznej. Z Ziemi patrzymy w jej stronę przez gęste warstwy gwiazd, gazu i pyłu, które należą do naszej własnej galaktyki. Taka linia widzenia sprawia, że obserwacje z powierzchni planety są pełne zakłóceń i „zaświetleń”, a centrum Kompasu pozostaje zamglone.

Stąd ogromna rola teleskopów kosmicznych. Hubble pokazał wcześniej, że w centrum tej galaktyki dzieje się coś wyjątkowego – w danych pojawiał się silny sygnał w podczerwieni, czyli w zakresie, w którym świeci bardzo gorąca materia. Nie było jasne, czy to efekt wyrzucania materii przez czarną dziurę, czy może czegoś jeszcze bardziej skomplikowanego.

James-Webb rozprasza pyłowy „mrok”

Teleskop James-Webb (JWST), pracujący 1,5 miliona kilometrów od Ziemi, ma coś, czego brakowało wcześniejszym instrumentom: ekstremalną czułość w podczerwieni i zdolność widzenia przez warstwy pyłu. To właśnie w tej długości fali najlepiej widać procesy zachodzące bardzo blisko czarnych dziur otoczonych gęstym gazem.

Nowe obserwacje Kompasu, opisane w czasopiśmie Nature Communications, pokazują, że wcześniejszy obraz centrum galaktyki był mocno niepełny. Pył i gaz tworzą tam gęsty, rozgrzany pierścień okalający czarną dziurę – coś na kształt kosmicznego pączka otaczającego mroczne jądro.

Silne promieniowanie w podczerwieni pochodzi głównie z rozgrzanego pyłu, który karmi czarną dziurę, a nie z materii wyrzucanej na zewnątrz.

Oznacza to, że serce galaktyki nie tyle „pluje” ogromnymi ilościami materii w przestrzeń, co przede wszystkim intensywnie ją wciąga. Gaz i pył krążą w pierścieniu, a część tej materii stopniowo spada do środka, tworząc gorący dysk akrecyjny.

Jak działa dysk akrecyjny – prosty obraz

Najłatwiej porównać to do wody spływającej do odpływu w wannie czy zlewie. Zamiast wpadać prosto do środka, woda tworzy wirujący pierścień, który zwęża się w kierunku odpływu. W przypadku czarnej dziury „wodą” jest gaz i pył, a ciepło generowane podczas opadania sprawia, że dysk świeci bardzo jasno – właśnie w podczerwieni.

To promieniowanie jest tak intensywne, że z perspektywy Ziemi oślepia nas i przysłania pozostałe struktury w centrum galaktyki. Bez teleskopów pracujących w odpowiednich pasmach widma nie da się oddzielić poszczególnych składników tej kosmicznej układanki.

Co dokładnie widzi James-Webb w Kompasie

Aby rozdzielić różne źródła promieniowania, naukowcy wykorzystali nie tylko czułość JWST, ale też specjalną technikę – interferometrię. W tym przypadku kluczową rolę odegrał instrument NIRISS, który działa jak niezwykle precyzyjny filtr i pozwala „przyciemnić” zbyt jasne sygnały.

Dzięki temu zespół badawczy mógł policzyć, skąd pochodzi światło w podczerwieni emitowane w centrum Kompasu. Wynik jest zaskakująco konkretny:

• około 87% promieniowania w podczerwieni pochodzi z gęstego, gorącego pyłu otaczającego czarną dziurę,