JWST обнаружил скрытый мощный поток газа из центра галактики Мессье 77
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил ранее недооценённую компоненту мощного газового потока из центра галактики NGC 1068, также известной как Мессье 77. Значительная часть выбрасываемого ионизованного газа оказалась скрыта пылью и практически незаметна в оптическом диапазоне. Новые расчёты показывают, что центральная сверхмассивная чёрная дыра воздействует на окружающее вещество значительно сильнее, чем следовало из прежних наблюдений.
NGC 1068 находится примерно в 46 миллионах световых лет от Земли и относится к спиральным галактикам с активным ядром. В её центре расположена сверхмассивная чёрная дыра массой примерно от 8 до 17 миллионов масс Солнца. Падающее на неё вещество образует активное галактическое ядро, способное выделять огромное количество энергии и ускорять газ вокруг центра галактики.
Группа под руководством Козимо Маркончини из Флорентийского университета исследовала центральную область NGC 1068 с помощью прибора MIRI космического телескопа «Джеймс Уэбб». Средний инфракрасный диапазон намного слабее поглощается пылью, чем видимый свет, поэтому позволил увидеть газ, который раньше был скрыт от оптических телескопов.
Данные JWST исследователи объединили с архивными наблюдениями спектрографа MUSE на Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории и радиоинтерферометра ALMA. MIRI зарегистрировал более 20 эмиссионных линий ионизованного газа и семь линий тёплого молекулярного водорода. Наблюдения охватывали область примерно до 400 парсеков от ядра с пространственным разрешением порядка 20–60 парсеков.
Сравнение инфракрасных и оптических данных показало, что отток состоит как минимум из двух заметно различающихся компонентов. Одна относительно хорошо видна в оптическом диапазоне и содержит меньше пыли. Вторая сильнее закрыта пылью и проявляется прежде всего в среднем инфракрасном диапазоне.
Именно скрытая компонента оказалась особенно важной. Газ, прослеживаемый по инфракрасной линии четырежды ионизованного кислорода, двигался примерно на 300 километров в секунду быстрее газа, который обычно наблюдают по оптической линии дважды ионизованного кислорода. Это указывает на то, что разные диапазоны наблюдений показывают разные части одного сложного газового потока.
Моделирование показало, что скорость отдельных компонентов может достигать примерно 2000 километров в секунду. Исследователи пришли к выводу, что центральный источник способен увлекать до нескольких миллионов масс Солнца ионизованного газа.
Главное отличие от прежних оценок связано с массой скрытой пылью компоненты. Она оказалась значительно больше той части потока, которую можно определить только по оптическим наблюдениям. Поэтому стандартные методы, основанные преимущественно на видимом свете, могут существенно недооценивать количество вещества и энергии, переносимых оттоками активных галактических ядер.
Исследователи также установили, что основным источником ионизации газа является именно активное ядро галактики, а не звездообразование. Это подтверждает, что обнаруженный поток связан с аккрецией вещества на сверхмассивную чёрную дыру.
Вблизи границ потока и радиоджета JWST обнаружил плотные сгустки ионизованного газа с концентрацией электронов выше 10 тысяч на кубический сантиметр. Авторы связывают их появление со сжатием межзвёздного вещества расширяющимся потоком.
Расположение газового потока также частично совпадает с направлением относительно слабого радиоджета NGC 1068. Поэтому исследователи допускают, что в ускорении вещества участвует не только излучение активного ядра, но и механическое воздействие джета на окружающую межзвёздную среду.
Моделирование указывает на двухступенчатый сценарий ускорения газа. Часть вещества сначала приводится в движение вблизи активного ядра, после чего взаимодействие потока и джета с окружающей средой может дополнительно увеличивать его скорость. Полученная картина согласуется с моделью энергетически поддерживаемого галактического ветра, при которой значительная часть энергии центрального источника передаётся окружающему газу.
Такие процессы важны для эволюции всей галактики. Быстрые потоки способны нагревать газ, создавать турбулентность и удалять вещество, из которого могли бы формироваться новые звёзды. Они также могут уменьшать количество газа, доступного самой чёрной дыре, тем самым регулируя дальнейший рост активного ядра.
Результаты показывают, что оценки влияния сверхмассивных чёрных дыр на галактики, основанные только на оптических наблюдениях, могут не учитывать значительную часть скрытого вещества. Средний инфракрасный диапазон JWST позволяет непосредственно исследовать такие запылённые компоненты и точнее определять массу, скорость и энергию галактических потоков.
Исследование в журнале Astronomy & Astrophysics.