W latach 70. naukowcy potwierdzili, że emisje radiowe pochodzące z centrum naszej galaktyki były spowodowane obecnością supermasywnej czarnej dziury (SMBH). Położona około 26 000 lat świetlnych od Ziemi między gwiazdozbiorem Strzelca i Skorpiona, ta cecha stała się znana jako Strzelec A *. Od tego czasu astronomowie zrozumieli, że większość masywnych galaktyk ma w centrum SMBH.
Co więcej, astronomowie dowiedzieli się, że czarne dziury w tych galaktykach otoczone są masywnymi wirującymi torami pyłu i gazu, co stanowi o ich energii. Jednak dopiero niedawno zespół astronomów, korzystając z dużego milimetra / submilimetrowej matrycy Atacama (ALMA), był w stanie uchwycić obraz wirującego torusa zapylonego gazu wokół supermasywnej czarnej dziury M77.
Badanie, które szczegółowo opisuje ich ustalenia, pojawiło się ostatnio w Internecie Astronomical Journal Letters pod tytułem „ALMA ujawnia niejednorodny zwarty, zwarty, gęsty tor molekularny w jądrze NGC 1068”. Badanie zostało przeprowadzone przez zespół japońskich naukowców z japońskiego Narodowego Obserwatorium Astronomicznego - kierowanego przez Masatoshi Imanishi - z pomocą Uniwersytetu Kagoshima.
Podobnie jak większość masywnych galaktyk, M77 ma aktywny jądro galaktyczne (AGN), w którym pył i gaz są gromadzone na jego SMBH, co prowadzi do wyższej niż normalnie jasności. Od pewnego czasu astronomowie zastanawiają się nad ciekawym związkiem między SMBH a galaktykami. Podczas gdy bardziej masywne galaktyki mają większe SMBH, galaktyki macierzyste są nadal 10 miliardów razy większe niż ich centralna czarna dziura.
To oczywiście rodzi pytania o to, jak dwa obiekty o bardzo różnych skalach mogą bezpośrednio na siebie oddziaływać. W rezultacie astronomowie próbowali zbadać AGN w celu ustalenia, w jaki sposób galaktyki i czarne dziury ewoluują. Na potrzeby swoich badań zespół przeprowadził obserwacje w wysokiej rozdzielczości centralnego regionu M77, galaktyki spiralnej z poprzeczką, zlokalizowanej około 47 milionów lat świetlnych od Ziemi.
Korzystając z ALMA, zespół zobrazował obszar wokół centrum M77 i był w stanie rozwiązać zwartą strukturę gazową o promieniu 20 lat świetlnych. Zgodnie z oczekiwaniami zespół stwierdził, że zwarta struktura obraca się wokół centralnej czarnej dziury galaktyk. Jak wyjaśnił Masatoshi Imanishi w komunikacie prasowym ALMA:
„Aby zinterpretować różne cechy obserwacyjne AGN, astronomowie przyjęli obrotowe struktury pyłu gazowego podobne do pączków wokół aktywnych supermasywnych czarnych dziur. Nazywa się to „ujednoliconym modelem” AGN. Jednak zakurzony gazowy pączek ma bardzo mały wygląd. Dzięki wysokiej rozdzielczości ALMA możemy teraz bezpośrednio zobaczyć strukturę. ”
W przeszłości astronomowie obserwowali środek M77, ale do tej pory nikt nie był w stanie rozwiązać obracającego się torusa w jego środku. Było to możliwe dzięki doskonałej rozdzielczości ALMA, a także dzięki wyborowi molekularnych linii emisji. Te linie emisji obejmują cyjanowodór (HCN) i jony formylu (HCO +), które emitują mikrofale tylko w gęstym gazie, oraz tlenek węgla - który emituje mikrofale w różnych warunkach.
Obserwacje tych linii emisji potwierdziły kolejną prognozę poczynioną przez zespół, a mianowicie, że torus będzie bardzo gęsty. „Wcześniejsze obserwacje ujawniły wydłużenie wschód-zachód zakurzonego gazowego torusa” - powiedział Imanishi. „Dynamika ujawniona w naszych danych ALMA jest dokładnie zgodna z oczekiwaną orientacją obrotową torusa.”
Jednak ich obserwacje wskazały również, że rozkład gazu wokół SMBH jest bardziej skomplikowany niż sugeruje to prosty model ujednolicony. Zgodnie z tym modelem obrót torusa podążałby za grawitacją czarnej dziury; ale to, co odkrył Imanishi i jego zespół, wskazało, że gaz i pył w torusie wykazują również oznaki bardzo przypadkowego ruchu.
Może to wskazywać na to, że AGN w centrum M77 ma brutalną historię, która może obejmować połączenie z małą galaktyką w przeszłości. Krótko mówiąc, obserwacje zespołu wskazują, że fuzje galaktyczne mogą mieć znaczący wpływ na to, jak formują się i zachowują AGN. Pod tym względem ich obserwacje torusa M77s już dostarczają wskazówek co do historii i ewolucji galaktyki.
Badanie SMBH, choć intensywne, jest również bardzo trudne. Z jednej strony najbliższy SMBH (Sagitarrius A *) jest stosunkowo cichy, z niewielką ilością gazu. Jednocześnie znajduje się w centrum naszej galaktyki, gdzie jest zasłonięty przez interweniujący pył, gaz i gwiazdy. W związku z tym astronomowie zmuszeni są szukać innych galaktyk w celu zbadania współistnienia SMBH i ich galaktyk.
Dzięki dziesięcioleciom badań i udoskonaleniom oprzyrządowania naukowcy po raz pierwszy zaczynają dostrzegać te tajemnicze regiony. Dzięki ich szczegółowym badaniom astronomowie zyskują także cenny wgląd w to, jak takie masywne czarne dziury i ich pierścieniowe struktury mogą współistnieć z ich galaktykami w czasie.
