Космический телескоп «Джеймс Уэбб» выявил ранее не учтённую составляющую мощного газового потока, исходящего из центра галактики NGC 1068, также обозначаемой как Мессье 77. Существенная доля ионизированного газа, выбрасываемого в окружающее пространство, оказалась заслонена пылью, что делало её практически невидимой при наблюдениях в оптическом диапазоне. Полученные данные свидетельствуют о том, что сверхмассивная чёрная дыра, расположенная в центре галактики, оказывает более сильное воздействие на близлежащее вещество, чем указывали предыдущие исследования.

NGC 1068 расположена приблизительно в 46 миллионах световых лет от Земли и классифицируется как спиральная галактика с активным ядром. В её центре находится сверхмассивная чёрная дыра, масса которой оценивается примерно от 8 до 17 миллионов солнечных масс. Материя, падающая на эту чёрную дыру, формирует активное галактическое ядро, способное излучать колоссальное количество энергии и ускорять газ в окрестностях центральной области.

Исследовательская группа под руководством Козимо Маркончини из Флорентийского университета провела изучение центральной зоны NGC 1068 с использованием прибора MIRI космического телескопа «Джеймс Уэбб». Инфракрасный диапазон, средний по длине волны, значительно меньше подвержен поглощению пылью по сравнению с видимым светом, что позволило обнаружить газ, ранее скрытый от оптических телескопов.

Данные, полученные с JWST, были сопоставлены с архивными наблюдениями спектрографа MUSE, установленного на Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории, и радиоинтерферометра ALMA. Прибор MIRI зафиксировал более 20 эмиссионных линий ионизированного газа и семь линий тёплого молекулярного водорода. Наблюдения охватили область, простирающуюся примерно до 400 парсеков от ядра галактики, с пространственным разрешением в диапазоне от 20 до 60 парсеков.

Сопоставление данных, полученных в инфракрасном и оптическом диапазонах, выявило, что отток включает как минимум два отчетливо отличающихся элемента. Один из них хорошо заметен при оптических наблюдениях и характеризуется низким содержанием пыли, а второй проявляется преимущественно в среднем инфракрасном спектре и испытывает более сильное воздействие пыли.

Особое значение оказалась скрытая составляющая потока. Газ, идентифицируемый по инфракрасной линии четырежды ионизованного кислорода, перемещался со скоростью примерно на 300 километров в секунду выше, чем газ, обычно регистрируемый по оптической линии дважды ионизованного кислорода. Это свидетельствует о том, что различные диапазоны наблюдений фиксируют разные части одного сложного газового потока.

Результаты моделирования указывают на то, что скорость отдельных компонентов может достигать приблизительно 2000 километров в секунду. На основании этих данных исследователи сделали вывод о том, что центральный источник способен увлекать за собой до нескольких миллионов масс Солнца ионизованного газа.

Существенное отличие от предыдущих оценок обусловлено тем, что масса скрытой под слоем пыли субстанции оказалась гораздо больше той части потока, которую можно зафиксировать с помощью оптических наблюдений. В связи с этим, общепринятые методики, базирующиеся главным образом на анализе видимого света, могут давать значительную погрешность в оценке количества вещества и энергии, транспортируемых оттоками из активных галактических ядер.

В ходе исследования было также установлено, что основным источником ионизации газа выступает именно активное ядро галактики, а не процессы звездообразования. Этот факт подтверждает связь обнаруженного потока с аккрецией вещества на сверхмассивную чёрную дыру.

В непосредственной близости от границ потока и радиоджета JWST зарегистрировал плотные скопления ионизованного газа с концентрацией электронов, превышающей 10 тысяч на кубический сантиметр. Авторы предполагают, что возникновение этих скоплений связано со сжатием межзвёздной среды расширяющимся потоком.

Географическое положение газового потока в некоторой степени совпадает с направлением относительно слабого радиоджета NGC 1068. Исходя из этого, ученые предполагают, что ускорение вещества может быть вызвано не только излучением активного ядра, но и механическим воздействием джета на окружающую межзвёздную среду.

Результаты моделирования указывают на двухэтапный механизм ускорения газа. Первоначально часть вещества начинает двигаться в непосредственной близости от активного ядра, после чего взаимодействие потока и джета с окружающей средой может приводить к дальнейшему увеличению его скорости. Полученная картина соответствует концепции энергетически поддерживаемого галактического ветра, согласно которой значительная доля энергии центрального источника передается окружающему газу.

Эволюционные изменения, затрагивающие всю галактику, во многом зависят от подобных явлений. Скоростные потоки обладают способностью нагревать газовые облака, вызывать турбулентность и удалять вещество, необходимое для образования новых звёздных систем. Кроме того, они способны ограничивать количество газа, доступного сверхмассивной чёрной дыре, что оказывает влияние на дальнейший рост активной зоны в центре галактики.

Полученные данные указывают на то, что оценки воздействия сверхмассивных чёрных дыр на галактики, выполненные исключительно на основе оптических наблюдений, могут не охватывать значительную долю скрытой массы. Использование среднего инфракрасного диапазона телескопа James Webb позволяет напрямую изучать запылённые компоненты и более точно определять массу, скорость и энергию потоков вещества в галактиках.

Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.