Interferometr VLTI Europejskiego Obserwatorium Południowego zaobserwował chmurę kosmicznego pyłu w centrum galaktyki Messier 77, która skrywa supermasywną czarną dziurę. Odkrycia potwierdziły przewidywania sprzed około 30 lat i dają astronomom nowy wgląd w „aktywne jądra galaktyk”, jedne z najjaśniejszych i najbardziej zagadkowych obiektów we wszechświecie.
Aktywne jądra galaktyk (AGN) to niezwykle energetyczne źródła zasilane przez supermasywne czarne dziury, znajdujące się w centrach niektórych galaktyk. Te czarne dziury żywią się dużymi ilościami kosmicznego pyłu i gazu. Zanim zostanie zjedzony, materiał ten wiruje w kierunku czarnej dziury i w tym procesie uwalniane są ogromne ilości energii, często przyćmiewając wszystkie gwiazdy w galaktyce.
Astronomowie byli ciekawi AGN, odkąd po raz pierwszy dostrzegli te jasne obiekty w latach 50. XX wieku. Teraz, dzięki VLTI ESO, zespół naukowców kierowany przez Violetę Gámez Rosas z Leiden University w Holandii wykonał kluczowy krok w kierunku zrozumienia, jak działają i jak wyglądają z bliska. Wyniki opublikowano dzisiaj w Nature.
Dokonując niezwykle szczegółowych obserwacji centrum galaktyki Messier 77, znanej również jako NGC 1068, Gámez Rosas i jej zespół wykryli gruby pierścień kosmicznego pyłu i gazu ukrywający supermasywną czarną dziurę. Odkrycie to dostarcza ważnych dowodów na poparcie 30-letniej teorii znanej jako Zunifikowany Model AGN.
Astronomowie wiedzą, że istnieją różne rodzaje AGN. Na przykład niektóre emitują impulsy fal radiowych, podczas gdy inne nie; niektóre AGN świecą jasno w świetle widzialnym, podczas gdy inne, jak Messier 77, są bardziej przytłumione. Zunifikowany Model stwierdza, że pomimo różnic, wszystkie AGN mają tę samą podstawową strukturę: supermasywną czarną dziurę otoczoną grubym pierścieniem pyłu.
Zgodnie z tym modelem, jakakolwiek różnica w wyglądzie między AGNami wynika z orientacji, w jakiej oglądamy czarną dziurę i jej gruby pierścień z Ziemi. Rodzaj AGN, który widzimy, zależy od tego, jak bardzo pierścień zasłania czarną dziurę z naszego punktu widzenia, całkowicie ją ukrywając w niektórych przypadkach.
Astronomowie znaleźli już wcześniej pewne dowody na poparcie Zunifikowanego Modelu, w tym dostrzeżenie ciepłego pyłu w centrum Messiera 77. Pozostały jednak wątpliwości, czy pył ten może całkowicie ukryć czarną dziurę, a zatem wyjaśnić, dlaczego AGN świeci słabiej w świetle widzialnym niż inni.
„Prawdziwa natura obłoków pyłu i ich rola zarówno w zasilaniu czarnej dziury, jak i określaniu jej wyglądu z Ziemi, były głównymi pytaniami w badaniach AGN w ciągu ostatnich trzech dekad” – wyjaśnia Gámez Rosas. „Chociaż żaden pojedynczy wynik nie rozwiąże wszystkich naszych pytań, zrobiliśmy duży krok w zrozumieniu, jak działają AGN”.
Obserwacje były możliwe dzięki Multi AperTure Mid-Infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE) zamontowanemu na należącym do ESO teleskopie VLTI, znajdującym się na pustyni Atakama w Chile. MATISSE połączył światło podczerwone zebrane przez wszystkie cztery 8,2-metrowe teleskopy Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) przy użyciu techniki zwanej interferometrią. Zespół wykorzystał MATISSE do zeskanowania centrum Messiera 77, znajdującego się 47 milionów lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Wieloryba.
„MATISSE widzi szeroki zakres długości fal podczerwonych, co pozwala nam widzieć przez pył i dokładnie mierzyć temperaturę. Ponieważ VLTI jest w rzeczywistości bardzo dużym interferometrem, mamy rozdzielczość, aby zobaczyć, co się dzieje nawet w galaktykach tak odległych, jak Messier 77. Zdjęcia, które uzyskaliśmy, szczegółowo opisują zmiany temperatury i absorpcji obłoków pyłu wokół czarnej dziury” – mówi współautor Walter Jaffe, profesor na Uniwersytecie w Leiden.
Łącząc zmiany temperatury pyłu (od temperatury pokojowej do około 1200 °C) spowodowane intensywnym promieniowaniem czarnej dziury z mapami absorpcji, zespół stworzył szczegółowy obraz pyłu i wskazał, gdzie musi znajdować się czarna dziura. Pył – w grubym wewnętrznym pierścieniu i bardziej rozciągniętym dysku – z czarną dziurą umieszczoną w jej środku wspiera Zunifikowany Model. Zespół wykorzystał również dane z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, którego współwłaścicielem jest ESO, oraz Very Long Baseline Array z National Radio Astronomy Observatory, aby skonstruować swój obraz.
„Nasze wyniki powinny prowadzić do lepszego zrozumienia wewnętrznego działania AGN” – podsumowuje Gámez Rosas. „Mogą również pomóc nam lepiej zrozumieć historię Drogi Mlecznej, w której centrum znajduje się supermasywna czarna dziura, która mogła być aktywna w przeszłości”.
Naukowcy chcą teraz wykorzystać VLTI ESO, aby znaleźć więcej dowodów potwierdzających Zunifikowany Model AGN, analizując większą próbkę galaktyk.
Członek zespołu Bruno Lopez, główny badacz MATISSE w Observatoire de la Côte d’Azur w Nicei we Francji, mówi: „Messier 77 jest ważnym prototypem AGN i wspaniałą motywacją do rozszerzenia naszego programu obserwacyjnego i optymalizacji MATISSE w celu próbka AGN.”
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez ŻE. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.