С помощью интерферометра VLTI в Европейской южной обсерватории астрономы изучили облако пыли в центре галактики M77, которое скрывает сверхмассивную черную дыру. Наблюдения помогли подтвердить предсказание 30-летней давности и дали ученым новый взгляд на активные ядра галактик, которые являются одними из самых ярких и загадочных объектов во Вселенной.
В основе некоторых галактик находятся активные галактические ядра (АЯГ), которые являются чрезвычайно богатыми источниками энергии. Ее производство обеспечивается сверхмассивной черной дырой, притягивающей огромное количество пыли и газа. Прежде чем масса поглотится, она по спирали спускается к черной дыре. В то же время она высвобождает значительное количество энергии и часто подавляет все звезды родительской галактики.
С 1950-х годов, когда были обнаружены эти ярко светящиеся объекты, активные ядра галактик стали проблемой для астрономов. Теперь группе ученых под руководством Виолетты Гамес Росас (Лейденский университет, Нидерланды) удалось добиться ключевых успехов с помощью VLTI (интерферометр очень большого телескопа), чтобы понять, как работают эти объекты и как они выглядят вблизи. Результаты исследования были опубликованы в престижном научном журнале Nature.
Во время чрезвычайно детального наблюдения за центром галактики M77 ( Messier 77 , NGC 1068) члены команды обнаружили плотное кольцо из пыли и газа, которое полностью закрывало черную дыру. Открытие предоставило доказательства того, что теория 30-летней давности, известная как Единая модель АЯГ, верна.
Астрономы различают три разных типа активных галактических ядер. Например, одни испускают импульсы радиоизлучения, другие ярко светятся в видимом свете или, наоборот, скрыты от нашего взгляда, примерно как в центре галактики М77. Однако стандартная модель предполагает, что, несмотря на эти внешние отличия, все активные ядра галактик имеют одинаковую структуру: это сверхмассивная черная дыра, окруженная плотным пылевым кольцом.
Согласно этой модели, все различия во внешнем виде активных ядер галактик возникают из-за разной ориентации, в которой мы наблюдаем черную дыру и ее кольцо с Земли. Тип ядра, которое мы видим, зависит от того, насколько хорошо кольцо закрывает черную дыру с нашей точки зрения, а в некоторых случаях может полностью ее закрывать.
В прошлом астрономы нашли ряд подсказок в поддержку этой стандартной модели, включая открытие теплой пыли в центре галактики M77. Однако все еще оставались сомнения относительно того, сможет ли такое облако полностью закрыть черную дыру, что объясняло, почему это активное ядро светилось в видимом свете меньше, чем другое.
« Истинная природа пылевых облаков и их роль в снабжении черной дыры веществом, а также в формировании окончательного вида объекта, наблюдаемого с Земли, были одним из основных вопросов исследования активных ядер галактик в последние 30 лет . — объясняет Виолета Гамес Росас. « Хотя один результат не отвечает на все наши вопросы, мы сделали важный шаг в понимании того, как работают активные ядра . "
Наблюдения проводились с использованием прибора MATISSE (Multi Aperture Mid-Infrared Spectroscopic Experiment) для интерферометра VLTI, работающего в обсерватории Паранал в пустыне Атакама в Чили. Прибор MATISSE использовал интерферометрию для объединения инфракрасных лучей, собранных всеми четырьмя Очень Большими Телескопами (ESO/VLTs) с 8,2-метровыми зеркалами.
MATISSE может работать в широком диапазоне инфракрасного излучения, что позволяет нам частично просматривать пылевые облака и точно измерять температуру. А поскольку VLTI — действительно большой интерферометр, у нас было разрешение, которое позволяло нам детально исследовать объекты в галактиках вплоть до M77. Полученные нами изображения детально показывают изменения температуры и поглощение излучения пылевым облаком, окружающим черную дыру » , — описывает соавтор работы, профессор Вальтер Яффе (Лейденский университет).
Сочетание наблюдаемых изменений температуры пыли (от комнатной температуры до 1200 °C), вызванных интенсивным излучением вокруг черной дыры, с картами поглощения позволило членам команды реконструировать подробный вид пылевого облака и определить, где должна находиться черная дыра. Расположение, при котором пыль образует плотный внутренний диск, а внешний диск большего размера вокруг черной дыры в середине поддерживает стандартную модель. Для реконструкции полученного изображения члены команды также использовали данные Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA), европейским партнером которой является ESO, и NRAO-VLBA (решетка очень длинной базовой линии Национальной радиоастрономической обсерватории).
« Результаты нашей работы должны обеспечить лучшее понимание внутренних процессов, происходящих в активных ядрах галактик » , — добавляет Виолета Гамес Росас. « Они также могли бы помочь лучше понять эволюцию нашей Галактики, потому что в ее центре также есть сверхмассивная черная дыра, которая, возможно, была активной в прошлом . "
Теперь ученые ожидают, что смогут использовать интерферометр VLTI, чтобы найти дополнительные доказательства точности стандартной модели активных галактических ядер в ряде галактик.
Бруно Лопес (Обсерватория Лазурного Берега, Ницца), член научной группы MATISSE и руководитель группы, добавляет: MATISSE сможет исследовать большую выборку активных галактических ядер».
К поискам также присоединится большой телескоп ESO/ ELT (Extremely Large Telescope), который, как ожидается, начнет научные наблюдения во второй половине этого десятилетия. Он предоставит информацию, дополняющую результаты этой работы и позволяющую ученым изучать взаимодействие между галактиками и их активными ядрами.