С помощью телескопа ALMA ученые получили рекордно детальные изображения активного центра галактики М77 и определили характер движения и состав вещества кольца пыли и газа вокруг черной дыры, которые свидетельствуют о том, что когда-то М77 пережила столкновение с другой галактикой.
Сегодня астрономы сходятся во мнении, что в центре большинства галактик находятся черные дыры. Предполагается, что масса галактики и масса черной дыры связаны между собой: чем больше вещества в галактике, тем массивнее черная дыра. Однако как именно реализуется эта зависимость на расстояниях в десятки, а то и сотни тысяч световых лет, известно не до конца.
Чтобы разобраться в этой проблеме, международная группа астрономов направила антенны радиотелескопов комплекса ALMA в сторону спиральной галактики M77. В ее центре находится квазар – активное ядро галактики; это означает, что черная дыра в центре M77 активно поглощает вещество, которое, разгоняясь, дает мощное излучение.
Астрофизики получили изображение газового кольцевого облака радиусом в 20 световых лет; как и ожидалось, это кольцо быстро вращается вокруг черной дыры в центре. «До сих пор мои коллеги могли только предполагать, что вокруг черных дыр существуют структуры из пыли и газа и что формой они напоминают бублики (торы); это предположение называлось “общей моделью активных ядер галактик”. Однако размеры этих объектов очень малы по сравнению с расстояниями от Земли до других галактик, поэтому разглядеть один из них в деталях мы смогли только благодаря высокому разрешению ALMA», – объясняет руководитель исследовательской группы Масатоши Иманиши (Masatoshi Imanishi) из Национальной астрономической обсерватории Японии.
Движение газа вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики M77. Газ, который движется по направлению к наблюдателю, показан синим, а то вещество, которое движется в противоположную сторону - красным. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Imanishi et al.
Центр галактики M77 фотографировали и раньше, но по предыдущим снимкам нельзя было определить скорость вращения «бублика», как это сделали авторы статьи, опубликованной в Astrophysical Journal Letters. Кроме того, ученые получили новые данные о составе и плотности вещества кольца вокруг черной дыры: в его спектре излучения обнаружились линии циановодорода и катиона HCO+, которые излучают в микроволновом диапазоне только тогда, когда газ достаточно плотный. Высокую плотность вещества в «бублике» предсказывали и предыдущие наблюдения и расчеты.
Подтвердился также тот факт, что «бублик» в активном центре M77 в длину немного больше, чем в ширину. Эту асимметрию общая модель активного центра галактики не предсказывает, как и то, что гравитация черной дыры не полностью управляет вращением тора. Эти данные указывают на бурную историю M77 – возможно, в прошлом она пережила столкновение с другой, меньшей по размеру галактикой.
В центре Млечного Пути тоже находится излучающий объект Sgr A* со сверхмассивной черной дырой в центре, однако район вокруг нее, по всей видимости, менее активен, чем квазар М77; в дыру падает меньше вещества, и излучение гораздо менее интенсивно, поэтому, чтобы изучать взаимоотношения галактик с их активными центрами, астрономам приходится наблюдать за другими галактиками.
