Дуже великий телескоп Європейської південної обсерваторії (European Southern Observatory, ESO), що працював у режимі інтерферометра (Very Large Telescope Interferometer, VLTI), дав змогу астрономам помітити хмару космічного пилу в центрі галактики Мессьє 77, яка приховує надмасивну чорну діру. Ці спостереження підтвердили передбачення, зроблені близько 30 років тому, щодо природи активних ядер галактик — одних з найяскравіших і найзагадковіших об’єктів у Всесвіті.
Активні ядра галактик (аctive galactic nuclei, AGN) — дуже потужні джерела енергії, які живляться від надмасивних чорних дір, що містяться в центрі деяких галактик. Ці чорні діри поглинають велику кількість космічного пилу та газу. Але до того, як речовина потрапить в чорну діру, вона рухається до неї по спіралі й вивільняє багато енергії. Часто її кількість є більшою, ніж сукупна енергія всіх зір галактики.
Зображення, отримане за допомогою приймача MATISSE, встановленому на Дуже великому телескопі, що працює в режимі інтерферометра, показує внутрішню ділянку активної галактики Мессьє 77. Активні ядра галактик — це дуже потужні джерела енергії, що живляться від надмасивних чорних дір. Виконуючи спостереження з високою роздільною здатністю центра цієї галактики, група астрономів виявила товсте кільце космічного пилу та газу, що закриває надмасивну чорну діру. Чорна точка показує найвірогідніше положення чорної діри, а два еліпси позначають межі проміжку між товстим внутрішнім пиловим кільцем (пунктир) і широким диском з пилу. Фото з сайту www.eso.org.
Астрономів цікавлять AGN відтоді, як вони вперше помітили ці яскраві об’єкти в 1950-х роках. Тепер, завдяки VLTI ESO, група дослідників на чолі з Віолетою Гамез Росас (Violeta Gámez Rosas) з Лейденського університету в Нідерландах здобула визначальний результат для розуміння того, які процеси відбуваються в таких об’єктах і який вони мають вигляд зблизька. Результати дослідження оприлюднив журнал Nature.
Виконуючи надзвичайно докладні спостереження центра галактики Мессьє 77, також відомої як NGC 1068, Гамез Росас та її група виявили товсте кільце космічного пилу і газу, що приховує надмасивну чорну діру. Це відкриття дає переконливі докази на підтримку теорії 30-річної давнини, відомої як Уніфікована (Загальна) модель AGN.
За допомогою Дуже великого телескопа Європейської південної обсерваторії отримано дивовижне зображення спіральної галактики Мессьє 77. Воно передає красу галактики, показуючи її блискучі рукави, перехрещені пиловими смугами. Але за цією красою непомітно «норовливий» характер Мессьє 77. Фото з сайту www.eso.org.
Астрономи знають, що існують різні типи AGN. Наприклад, одні породжують сплески радіохвиль, а інші ні; деякі AGN яскраво сяють у видимому світлі, натомість інші, як Мессьє 77, не такі яскраві. Водночас Уніфікована модель, хоча й існують ці відмінності, передбачає: всі AGN мають однакову природу — це надмасивна чорна діра, оточена товстим кільцем пилу.
Згідно з цією моделлю, різниця спостережуваних проявів активних ядер галактик — це наслідок різних кутів, під якими ми із Землі спостерігаємо чорну діру та її товсте кільце. Тип, до якого ми відносимо AGN, залежить від того, як кільце пилу закриває чорну діру від нашого погляду. Інколи воно повністю її приховує.
Раніше астрономи знаходили певні докази на підтримку Уніфікованої моделі, зокрема виявили гарячий пил в центрі Messier 77. Однак залишалися сумніви щодо того, чи може пил повністю приховати чорну діру і що саме цим явищем можна пояснити, чому це AGN світить менш яскраво у видимому світлі, ніж інші.
На ілюстрації показано, який вигляд може мати ядро Мессьє 77. Як й інші активні ядра галактик, центральна зона Мессьє 77 отримує енергію від чорної діри, оточеної тонким акреційним диском, що огорнутий товстим кільцем або тором з газу і пилу. У випадку з Мессьє 77 товсте кільце повністю закриває від нас надмасивну чорну діру. Існують припущення, що це активне ядро галактики має струмені, а також пилові вітри. Вони витікають з ділянки навколо чорної діри, яка перпендикулярна до акреційного диска. Фото з сайту www.eso.org.
«Справжня природа хмар пилу та їхня роль як у живленні чорної діри, так і з’ясування того, який вона має вигляд, якщо дивитися із Землі, були центральними питаннями в дослідженнях AGN протягом останніх трьох десятиліть», — пояснила Гамез Росас. «Хоча одиничний результат не вирішить усіх питань, які у нас є, ми зробили серйозний крок у розумінні того, як “працюють” AGN».
На цій мапі зоряного неба показано місце активної галактики Мессьє 77 у сузір’ї Кита). На мапі наведено зорі, які видно неозброєним оком у темну та ясну ніч. Фото з сайту www.eso.org.
Спостереження уможливив багатоапертурний спектрограф середнього інфрачервоного діапазону (Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment, MATISSE), встановлений на VLTI ESO в чилійській пустелі Атакама. Приймач MATISSE об’єднує інфрачервоне світло, зібране всіма чотирма 8,2-метровими телескопами Дуже великого телескопа Європейської південної обсерваторії, використовуючи метод оптичної інтерферометрії. За допомогою MATISSE наукова група виконала сканування центральної частини галактики Мессьє 77, що лежить від нас на відстані 47 мільйонів світлових років у напрямку сузір’я Кита.
«MATISSE реєструє інфрачервоне випромінювання у широкому діапазоні довжин хвиль, що дає нам змогу бачити крізь пил і точно вимірювати температуру. Оскільки VLTI — це справді дуже великий інтерферометр, то його роздільна здатність допомагає бачити, що відбувається навіть у таких віддалених галактиках, як Мессьє 77. Зображення, які ми отримали, дають докладну інформацію про зміни температури та поглинання у пилових хмар навколо чорної діри», — сказав співавтор дослідження Вальтер Яффе (Walter Jaffe), професор Лейденського університету.
Поєднавши інформацію про зміни температури пилу (від кімнатної температури до приблизно 1200 °C), спричинені інтенсивним випромінюванням чорної діри, з мапами поглинання, наукова група створила докладну картину розподілу пилу і точно визначила місце, де має лежати чорна діра. Розподіл пилу — в товстому внутрішньому кільці та в розширеному диску більшого розміру — із чорною дірою, розташованою в центрі, відповідає Уніфікованій моделі активного ядра галактики. Щоб побудувати цю картину, науковці також використала дані, отримані за допомогою Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама, яку ESO експлуатує на засадах партнерства, і Масиву антен з наддовгою базою Національної радіоастрономічної обсерваторії.
«Наші результати мають привести до кращого розуміння внутрішніх процесів у AGN», — підсумувала Гамез Росас. «Вони також можуть допомогти нам краще зрозуміти історію Молочного Шляху, в центрі якого є надмасивна чорна діра, яка могла бути активною в минулому».
На цьому зображенні з Цифрового огляду неба видно спіральну галактику Messier 77 та її околиці. Мессьє 77 міститься в центрі зображення, а галактика NGC 1055 — вгорі праворуч. Фото з сайту www.eso.org.
Дослідники планують надалі використовувати VLTI ESO, щоб знайти більше доказів Уніфікованій моделі AGN на ширшій вибірці галактик.
Учасник наукової групи Бруно Лопес (Bruno Lopez), науковий керівник проєкта MATISSE в обсерваторії Лазурового берега в Ніцці (Франція), зазначив: «Мессьє 77 — важливий прототип AGN і прекрасна мотивація для розширення нашої спостережної програми та оптимізації MATISSE для вивчення широкої вибірки AGN».
Надзвичайно великий телескоп (ELT) ESO, який має стати до ладу наприкінці цього десятиліття, також допоможе пошуку, адже за його допомогою буде отримано результати, які доповнять висновки наукової групи. Він уможливить дослідження взаємодії між AGN і їхніми галактиками.
Результати нового дослідження викладені в статті «Thermal imaging of dust hiding the black hole in the Active Galaxy NGC 1068» (doi: 10.1038/s41586-021-04311-7), яку оприлюднив журнал Nature.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
