Протягом 1970-х вчені підтвердили, що радіовипромінювання, що надходять з центру нашої галактики, зумовлені наявністю надмасивної чорної діри (SMBH). Розташована приблизно в 26 000 світлових років від Землі між сузір’ям Стрілець і Скорпіон, ця особливість стала відома як Стрілець А *. З цього часу астрономи зрозуміли, що більшість масивних галактик у своєму центрі має SMBH.
Більше того, астрономи дізналися, що чорні діри в цих галактиках оточені масивними обертовими струмами пилу та газу, на що і пояснюється енергія, яку вони випромінюють. Однак лише нещодавно команда астрономів, використовуючи великий міліметровий / субміліметровий масив Atacama (ALMA), змогла зафіксувати зображення обертового запиленого газового тору навколо надмасивної чорної діри M77.
Дослідження, в якому детально описуються їхні висновки, нещодавно з'явилося в Листи астрономічного журналу під заголовком "ALMA виявляє неоднорідний компактний обертовий щільний молекулярний торус у ядрі NGC 1068". Дослідження проводилось командою японських дослідників з Національної астрономічної обсерваторії Японії - під керівництвом Масатоші Іманісі - за сприяння університету Кагосіма.
Як і у більшості масивних галактик, M77 має активне галактичне ядро (AGN), де пил і газ накопичуються на його SMBH, що призводить до вищої, ніж звичайної освітленості. Деякий час астрономи спантеличували цікавий зв’язок, який існує між СМББ та галактиками. У той час як більш масивні галактики мають більші СМБХ, галактики господаря все ще в 10 мільярдів разів більше, ніж їх центральна чорна діра.
Це, природно, викликає питання про те, як два об'єкти абсолютно різних масштабів могли безпосередньо впливати один на одного. В результаті астрономи прагнули вивчити AGN, щоб визначити, як галактики та чорні діри спільно розвиваються. Заради свого дослідження команда провела спостереження з високою роздільною здатністю центрального району М77, забороненої спіральної галактики, розташованої приблизно за 47 мільйонів світлових років від Землі.
За допомогою ALMA команда зобразила область навколо центру M77 і змогла вирішити компактну газоподібну структуру з радіусом 20 світлових років. Як і очікувалося, команда виявила, що компактна структура обертається навколо центральної чорної діри галактик. Як пояснив Масатоші Іманіші в прес-релізі ALMA:
«Для інтерпретації різних особливостей спостереження за АГН астрономи припустили обертові пончикові структури пилового газу навколо активних надмасивних чорних дір. Це називається "уніфікована модель" AGN. Однак пильний газоподібний пончик дуже крихітний на вигляд. З високою роздільною здатністю ALMA тепер ми можемо безпосередньо бачити структуру ».
У минулому астрономи спостерігали за центром М77, але досі ніхто не зміг вирішити обертовий торус у його центрі. Це стало можливим завдяки чудовій роздільній здатності ALMA, а також вибору ліній молекулярних викидів. Ці лінії викидів включають ціаністий водень (HCN) та формульні іони (HCO +), які виділяють мікрохвилі лише у щільному газі, та оксид вуглецю - який випромінює мікрохвилі за різних умов.
Спостереження цих ліній викидів підтвердили ще один прогноз, зроблений командою, який полягав у тому, що торус буде дуже щільним. "Попередні спостереження показали подовження східно-західного запиленого газоподібного тору", - сказав Іманіші. "Динаміка, виявлена за нашими даними ALMA, точно відповідає очікуваній обертовій орієнтації тору".
Однак їхні спостереження також вказували на те, що розподіл газу навколо СМБХ є складнішим, ніж те, що пропонує проста уніфікована модель. Відповідно до цієї моделі, обертання тора слід за силою тяжіння чорної діри; але те, що виявили Іманіші та його команда, вказувало на те, що газ і пил у торі також мають ознаки сильно випадкового руху.
Це може бути свідченням того, що AGN в центрі M77 мав жорстоку історію, яка могла включати в себе об'єднання з невеликою галактикою в минулому. Коротше кажучи, спостереження команди свідчать, що галактичні злиття можуть мати суттєвий вплив на формування та поведінку AGN. У цьому відношенні їхні спостереження за тором M77 вже дають підказки щодо історії та еволюції галактики.
Дослідження SMBH, хоча й інтенсивне, також є дуже складним. З одного боку, найближчий СМБХ (Sagitarrius A *) відносно тихий, на нього потрапляє лише невелика кількість газу. У той же час вона розташована в центрі нашої галактики, де її затемнюють втручання пилу, газу та зірок. Таким чином, астрономи змушені шукати інші галактики, щоб вивчити, як існують СМББ та їх галактики.
І завдяки десятиліттям вивчення та вдосконалення приладобудування вчені вперше починають чітко бачити ці загадкові регіони. Маючи можливість детально їх вивчити, астрономи також отримують цінні уявлення про те, як такі масивні чорні діри та їх кільцеві структури могли з часом співіснувати зі своїми галактиками.
