NASA je otkrila dosad najoštriji pogled na rub crne rupe, a novo promatranje moglo bi razriješiti galaktičku zagonetku staru više desetljeća. Udaljena oko 13 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje, galaksija Circinus dom je aktivne supermasivne crne rupe koja neprestano izbacuje snažno zračenje u svemir. Oblaci vrelog plina koji je okružuju toliko su sjajni da je do sada bilo iznimno teško razlučiti bilo kakve detalje.

James Webb otkriva sile na rubu crne rupe

NASA je uz pomoć svemirskog teleskopa James Webb (JWST) uspjela otkriti neobične i izrazito snažne procese koji se odvijaju na samom rubu ove crne rupe. Supermasivne crne rupe, poput one u Circinusu, ostaju aktivne zato što neprekidno gutaju materiju koja dolazi iz ostatka galaksije. Znanstvenici su već znali da takav proces stvara veliku količinu infracrvene energije, no većina teleskopa nije imala dovoljnu osjetljivost da utvrdi njezin izvor.

Prijašnje teorije polazile su od pretpostavke da je većina zračenja dolazila iz „outflowa”, odnosno mlaza supervruće materije koja se izbacuje iz samog središta. No, novi podaci snažno su uzdrmali tu hipotezu.

Kako nastaje aktivna crna rupa

Crna rupa predstavlja ultra-gustu jezgru mrtve zvijezde, pri čemu gravitacija postaje toliko snažna da ni svjetlost ne može pobjeći. Supermasivne crne rupe postaju „aktivne” kada iz okolne galaksije privlače goleme količine materijala. Taj materijal pri uvlačenju formira prstenast i zbijen oblik nalik prstenu ili „tori”, koji kruži oko crne rupe.

Crna rupa prikuplja materijal s unutarnjih zidova tog torusa i stvara akrecijski disk, vrtlog užarenih čestica koji kruži oko crne rupe poput vode koja nestaje u odvodu. Kako se materijal u akrecijskom disku trlja i sudara, temperatura raste sve dok disk ne počne sjajiti toliko jako da ga teleskopi mogu detektirati.

Istodobno ta intenzivna energija odbacuje dio materijala iz područja oko polova crne rupe u obliku mlaza ili „outflowa”. Iako modeli astronomima nude predviđanja o tome kako bi te strukture trebale međusobno djelovati, promatranja ovog procesa u stvarnom vremenu iznimno su zahtjevna. Jako svjetlo akrecijskog diska maskira detalje u pozadini, dok zbijeni tori skriva unutarnje procese uvlačenja materijala.

Misterij viška infracrvenog svjetla

Znanstvenici su nastojali prilagoditi različite valne duljine svjetlosti koje pristižu iz crne rupe tako da odgovaraju izvorima zračenja, no dio toga nije bilo moguće uklopiti u postojeće modele. Najprimjetniji problem bio je višak infracrvenog svjetla čiji se izvor nije mogao objasniti.

Glavni autor studije, dr. Enrique Lopez–Rodriguez sa Sveučilišta Južne Karoline, kazao je: „Od 90-ih godina nije bilo moguće objasniti višak infracrvenih emisija koji dolazi iz vruće prašine u jezgrama aktivnih galaksija, što znači da modeli uzimaju u obzir ili torus ili outflowe, ali ne mogu objasniti taj višak.”

Modeli su pretpostavljali da je većina mase, a time i većina zračenja, smještena u outflowu. Da bi provjerili te pretpostavke, astronomi su morali pronaći način da filtriraju ometajuću svjetlost zvijezda i razlikuju infracrvene emisije torusa od emisija iz outflowa.

JWST pretvoren u više teleskopa istodobno

JWST je donio rješenje za oba problema. Znanstvenici su upotrijebili alat Aperture Masking Interferometer, koji teleskop pretvara u nekoliko manjih teleskopa što rade sinkronizirano. Na Zemlji interferometri obično čine skupine radio ili optičkih teleskopa koji u zajedničkom radu funkcioniraju kao jedan golemi opservatorij. JWST može replicirati isti princip zahvaljujući posebnom poklopcu sa sedam šesterokutnih otvora.

Dr. Lopez–Rodriguez objasnio je za Daily Mail: „Interferometrija je tehnika koja nam daje najvišu moguću kutnu razlučivost. Korištenje aperture masking interferometrije s JWST-om je kao da promatramo sa svemirskim teleskopom promjera 13 metara umjesto 6,5 metara.”

Pomoću prikupljenih podataka znanstvenici su uspjeli stvoriti sliku središnjeg područja galaksije Circinus. Ovo predstavlja prvu izvangalaktičku infracrvenu interferometrijsku opservaciju iz svemira i nudi dosad neviđen pogled u jezgru aktivne galaksije.

Potpuni obrat: torus je izvor zračenja, a ne mlazovi

Suprotno ranijim procjenama, oko 87 posto infracrvenih emisija vruće prašine u Circinusu dolazi iz područja najbližih crnoj rupi, dok outflow doprinosi manje od jedan posto. Riječ je o potpunoj suprotnosti onome što su astronomski modeli predviđali za supermasivne crne rupe.

Iako je misterij crne rupe u Circinusu sada razriješen, svemir sadrži milijarde supermasivnih crnih rupa, a svaka bi mogla imati različite karakteristike. Akrecijski disk Circinusa bio je tek umjereno sjajan, zbog čega je torus dominirao svojom emisijom. Kod svjetlijih supermasivnih crnih rupa situacija bi mogla biti drukčija, a za potvrdu novih modela bit će potrebne brojne studije.

Ključni dobitak jest da sada astronomi imaju tehniku za sustavno istraživanje aktivnih crnih rupa, pod uvjetom da su dovoljno sjajne za Aperture Masking Interferometer. Dr. Lopez–Rodriguez zaključio je: „Potrebno nam je statističko uzorkovanje crnih rupa, možda desetak ili dvadesetak, kako bismo razumjeli kako se masa u njihovim akrecijskim diskovima i outflowima odnosi na njihovu snagu.”