Эту черную дыру изучали десятилетиями — но самое мощное от ученых скрывала пыль

Казалось бы, чем может удивить астрономов галактика, которую наблюдают уже десятилетиями? NGC 1068, известная также как Мессье 77, относится к наиболее изученным активным галактикам поблизости от Млечного Пути. Однако космический телескоп James Webb показал: прямо перед глазами исследователей все это время скрывалась значительная часть бурной деятельности ее центральной черной дыры. Маскировкой служила обычная космическая пыль.

NGC 1068 находится примерно в 45 миллионах световых лет от Земли. Это спиральная галактика с перемычкой, а в ее центре расположена сверхмассивная черная дыра массой в миллионы Солнц. Она активно поглощает окружающее вещество. Газ не падает внутрь спокойно: он образует раскаленный аккреционный диск, а колоссальная энергия этого процесса воздействует на вещество вокруг галактического ядра.

Черная дыра сама по себе ничего не «выдувает» из-за горизонта событий — оттуда вообще не может выйти свет. Источником воздействия становится окружающая ее активная область. Излучение, магнитные поля и джеты способны разгонять газ до огромных скоростей, создавая галактический ветер. Такие потоки интересуют астрономов потому, что могут определять будущее целой галактики.

Для образования звезд необходим холодный газ. Если активное ядро нагревает его, перемешивает или вообще выбрасывает наружу, своеобразный строительный материал для будущих звезд исчезает. Получается механизм обратной связи: черная дыра занимает ничтожную часть галактики, но происходящие возле нее процессы способны влиять на область размером в сотни и тысячи световых лет.

Проблема в том, что увидеть все это непросто. Космическая пыль хорошо поглощает видимый свет. Представьте автомобиль с включенными фарами в густом тумане: источник мощный, но наблюдатель видит лишь часть происходящего. В ядрах активных галактик подобная «занавесь» способна скрывать именно тот газ, который особенно важен для оценки мощности оттока.

Поэтому исследователи объединили наблюдения сразу нескольких обсерваторий. Оптическую картину предоставил инструмент MUSE Очень большого телескопа, структуру холодного газа помогли исследовать данные ALMA, а James Webb с прибором MIRI посмотрел на центр NGC 1068 в среднем инфракрасном диапазоне. Инфракрасное излучение значительно лучше проходит через пылевые области, позволяя увидеть то, что практически исчезает в видимом свете.

Результат оказался впечатляющим. Оптические и инфракрасные наблюдения фактически показывали разные компоненты одного сложного оттока. В среднем инфракрасном диапазоне обнаружился богатый набор линий ионизированного газа и теплого молекулярного водорода. Особенно важной стала линия высокоионизированного кислорода [O IV], позволившая проследить скрытый быстрый компонент движения газа.

Он оказался примерно на 300 километров в секунду быстрее компонента, который обычно исследовали по оптической линии [O III]. Моделирование показывает скорости вплоть до примерно 2000 километров в секунду. Это более семи миллионов километров в час — расстояние от Москвы до Владивостока такой поток условно преодолел бы примерно за четыре секунды. Конечно, речь идет не о компактной струе, а об огромных массах разреженного космического газа.

Еще существеннее оказалась его масса. Анализ показывает, что пылевой компонент содержит большую часть массы ионизированного оттока. В движение могут быть вовлечены несколько миллионов солнечных масс газа. Поэтому оценки, основанные только на привычных оптических индикаторах, способны радикально недооценивать реальную энергетику происходящего.

Чтобы восстановить трехмерную картину, ученые использовали специальные модели кинематики и фотоионизации. Это важно: телескоп непосредственно видит проекцию движения на небесную плоскость и измеряет составляющую скорости вдоль луча зрения. Моделирование позволяет перейти от такой плоской картины к вероятной пространственной геометрии потока и оценить его массу, импульс и энергию.

Возник и следующий вопрос: что станет с выброшенным веществом? Если газ недостаточно быстр, притяжение галактики со временем способно вернуть его обратно — получится гигантский космический фонтан. Но наиболее быстрый компонент в NGC 1068 способен достигать скоростей, при которых часть вещества может преодолеть гравитационное притяжение и уйти значительно дальше. Для галактики это означает реальную потерю части запасов газа.

При этом одной только энергии излучения активного ядра может быть недостаточно для простого объяснения наблюдаемого импульса. Авторы рассматривают возможный дополнительный вклад радиоджета, который взаимодействует с окружающей межзвездной средой и способен механически передавать ей энергию. Картина получается сложнее привычного образа узкой струи: ветер, джет, облака газа и пыль взаимодействуют друг с другом в трехмерном пространстве.

Открытие важно далеко за пределами одной галактики. Астрономы используют наблюдения активных ядер, чтобы понять, каким образом сверхмассивные черные дыры и их галактики эволюционируют вместе. Если пыль систематически скрывает наиболее массивные компоненты оттоков, некоторые прежние оценки воздействия черных дыр на галактики могут нуждаться в пересмотре.

Именно здесь возможности James Webb оказываются особенно ценными. Телескоп не просто видит более далекие объекты — он позволяет посмотреть на знакомые объекты другим способом. NGC 1068 наблюдали задолго до запуска JWST, однако изменение диапазона наблюдений неожиданно изменило представление о том, что происходит возле ее ядра.

Это хороший урок современной астрономии: невидимое не обязательно означает отсутствующее. Иногда наиболее мощный процесс скрывается не потому, что находится слишком далеко или слишком слаб, а потому, что мы смотрим на него не в том диапазоне электромагнитного спектра. В NGC 1068 космическая пыль десятилетиями играла роль занавеса. Инфракрасное зрение James Webb позволило наконец заглянуть за него.