To διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb καταγράφει ανέμους οδηγούμενους από μαύρη τρύπα σε πάνω από δέκα διαφορετικές περιοχές κοντινού γαλαξία

Μια νέα δημοσίευση που ηγείται η Επίκουρη Καθηγήτρια του Τμήματος Φυσικής του ΕΚΠΑ, Καλλιόπη Δασύρα, παρουσιάζει πληροφορίες σχετικά με το πώς οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες επηρεάζουν την εξέλιξη γαλαξιών εκτοξεύοντας αέριο έξω από αυτούς, βάσει νέων παρατηρήσεων με το JWST. Οι παρατηρήσεις, με επιστημονική υπεύθυνο την κ. Δασύρα, έγιναν κατά τον 1^ο κύκλο λειτουργίας του JWST, όταν μόλις ~300 ερευνητικά προγράμματα είχαν εγκριθεί κι όταν ακόμα βαθμονομούνταν τα όργανα του τηλεσκοπίου. Το όργανο Mid-Infrared Instrument (MIRI) χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη, δίνοντας φάσματα κι υψηλής ανάλυσης εικόνες για το κέντρου του γαλαξία IC5063.

Ο γαλαξίας αυτός ήταν ιδανικός στόχος για την επίδειξη των δυνατοτήτων του τηλεσκοπίου: στο κέντρο του φιλοξενεί μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, η οποία εκτοξεύει πίδακες από γρήγορα κινούμενα σωματίδια που συγκρούονται με μεσοαστρικό αέριο, επιταχύνοντάς το. Στόχος του προγράμματος ήταν να μελετηθούν με λεπτομέρεια οι άνεμοι αυτοί. Για το σκοπό αυτό, παρατηρήθηκε μια περιοχή γύρω από το κέντρο του IC5063 που εκτείνεται όσο το 1/3 της απόστασης μεταξύ του Ήλιου μας και του κέντρου του Γαλαξία μας.

Ένα από τα πιο εντυπωσιακά αποτελέσματα της έρευνας ήταν η αναγνώριση πάνω από δέκα διαφορετικών περιοχών με ανέμους, σχεδόν διπλασιάζοντας τις γνωστές περιοχές όπου το αέριο επιταχύνεται λόγω της πρόσκρουσης πιδάκων σε αυτό. Μερικοί, μάλιστα, από τους ανέμους κινούνται με ταχύτητες που ξεπερνούν εκείνες που απαιτούνται για να διαφύγει το αέριο από τη βαρυτική έλξη του γαλαξία. Αυτό το αποτέλεσμα αποδεικνύει ότι οι μαύρες τρύπες, μέσω των πιδάκων, μπορούν να εξαντλήσουν μέρος του αερίου ενός γαλαξία κι έτσι να του στερήσουν το βασικό συστατικό που χρειάζεται για να δημιουργήσει νέα αστέρια.

Η μελέτη αυτή επίσης έδωσε πληροφορίες σχετικά με τη δραστηριότητα της μαύρης τρύπας. Στα ίδια δεδομένα, ανακαλύφθηκαν τοξοειδείς δομές αερίου οι οποίες σχηματίζονται όταν τα σωματίδια των πιδάκων διασχίζουν το αέριο με υπερηχητικές ταχύτητες, συμπιέζοντάς το. Προέρχονται από ωστικά κύματα και μοιάζουν παρόμοια με εκείνα που δημιουργεί ένα αεροσκάφος που ξεπερνάει την ταχύτητα του ήχου στην ατμόσφαιρα της Γης. Η έκτασή τους όμως είναι τεράστια, ~300 parsec ή 6 δισεκατομμύρια φορές την απόσταση μεταξύ του JWST και της Γης. Επιπλέον, η θέση τους είναι πέρα από την περιοχή όπου οι πίδακες ανιχνεύονται σε ραδιοφωνικές εικόνες. Αυτό υποδηλώνει ότι, στο παρελθόν, πίδακες πιθανώς αλληλοεπίδρασαν με αέριο και κατόπιν εξασθένησαν. Η μαύρη τρύπα που τους δημιούργησε, λοιπόν, πιθανώς να είναι σε μια επαναλαμβανόμενη δραστηριότητα προσρόφησης κι εκτόξευσης ύλης και να συνεχίζει να διαμορφώνει τον γαλαξία μέχρι σήμερα. Ενδιαφέρον παρουσιάζει επίσης το γεγονός ότι οι τοξοειδείς δομές ανακαλύφθηκαν χάρη στην έντονη εκπομπή μοριακού υδρογόνου (H₂), το οποίο θερμάνθηκε από τη διάσχιση των πιδάκων. Η θέρμανση του αερίου, όπως και η εκτόξευσή του, μπορεί να αλλάξει την ικανότητα των νεφών να καταρρεύσουν προς τη γέννηση νέων αστεριών. Με την πάροδο του χρόνου, τέτοια φαινόμενα μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές αλλαγές στη δομή ενός γαλαξία.

Η σημασία της μελέτης έγκειται στο ότι μας δίνει τη δυνατότητα να κατανοήσουμε πως οι μαύρες τρύπες ενδέχεται να έχουν επηρεάσει με παρόμοιο τρόπο την ανάπτυξη γαλαξιών στο παρελθόν – ειδικά σε εποχές κατά τις οποίες υπήρχαν πολύ μεγάλες ποσότητες αερίου στους γαλαξίες και το αποτέλεσμα της διάσχισης πιδάκων ήταν πολύ πιο δραματικό. Περισσότερες πληροφορίες μπορούν να βρεθούν στο επιστημονικό άρθρο που έγινε δεκτό για δημοσίευση στο έγκριτο περιοδικό «The Astrophysical Journal» και που μπορεί επίσης να βρεθεί στο https://arxiv.org/pdf/2406.03218 .

Άνεμοι στο γαλαξία IC5063 – Background εικόνα: o γαλαξίας σε οπτικά μήκη κύματος (credit: NASA/ESA/CSA/ J. Schmidt). Στο κέντρο του γαλαξία, με πορτοκαλί και μπλε χρώμα φαίνονται οι περιοχές με ανέμους που ανακαλύφθηκαν στα δεδομένα JWST, για το μοριακό και το ιονισμένο αέριο, αντίστοιχα (Dasyra et al. 2024, ApJ, in press)