Уперше за результатами спостережень з високою роздільною здатністю підтверджено існування газопилової обертальної структури схожої на пончик навколо активної надмасивної чорної діри. Наявність таких об’єктів було передбачено десятиліття тому, але тільки тепер вдалося побачити дуже чітко. Це важливий крок у розумінні спільної еволюції (коеволюції) надмасивних чорних дір та їхніх материнських галактик.
Майже всі галактики в своїх центрах мають приховані масивні чорні діри. Науковцям відома закономірність: що масивніша галактика, то масивнішою є центральна чорна діра. На перше око це звучить розумно, але розміри материнських галактик в 10 млрд разів перевищують масштаби центральних чорних дір. Як два об’єкти таких суттєво відмінних масштабів можуть впливати один на одного? Це питання до останнього часу було не з’ясованим.
З метою вирішення цієї проблеми група астрономів використала радіотелескоп ALMA (Atacama Large Millimeter Array), що має високу роздільну здатність, для спостережень центральної частини спіральної галактики M77. Центральна ділянка M77 є «активним ядром галактики» (active galactic nucleus, AGN). Це означає: матерія падає до центральної надмасивної чорної діри, спричиняючи появу потужного випромінювання. AGN можуть сильно впливати на навколишнє середовище, тому вони є важливими об’єктами для вирішення загадки коеволюції галактик та чорних дір.
Центральна ділянка спіральної галактики M77. Космічний телескоп імені Габбла відтворив розподіл зір в цій галактиці. Натомість АLМА показала розподіл газу в її центрі. Радіотелескоп виявив підковоподібну структуру з радіусом 700 світлових років і центральний компактний об’єкт з радіусом 20 світлових років. Він є газоподібним тором навколо активного ядра галактики. Червоним показано емісію іонів (HCO+), а зеленим — викид цианіду водню. Фото з сайту www.nao.ac.jp.
Науковці отримали зображення ділянки навколо надмасивної чорної діри в M77 і виявили компактну газоподібну структуру з радіусом 20 світлових років. Як і очікувалося, вона обертається навколо чорної діри.
«Для пояснення різних спостережних особливостей AGN астрономи припускають, що навколо активних надмасивних чорних дір обертаються структури з пилу та газу схожі на бублики (пончики), які називають “уніфікована модель активних ядер галактик”», — пояснив Масатоши Іманіші (Masatoshi Imanishi) з Національної астрономічної обсерваторії Японії. Він є першим автором статті, оприлюдненої Astrophysical Journal Letters. «Однак газопиловий пончик є дуже малим. Високе розділення ALMA дозволяє тепер його побачити прямо».
Астрономи спостерігали центр M77 і раніше, але ніколи не бачили так чітко обертання газопилового пончика навколо чорної діри. Крім високої роздільної здатності ALMA, винятково важливим для виявлення об’єкта став вибір для спостережень молекулярних емісійних ліній. Науковці спостерігали специфічну мікрохвильову емісію молекул ціаніду водню (HCN) та іонів формілу (HCO+). Ці молекули випромінюють у мікрохвильовому діапазоні тільки тоді, коли газ досить щільний. Згідно з передбаченнями, бублик (тор) навколо AGN має бути дуже щільним, і стратегія науковців виявилася правильною.
«Попередні спостереження вказували на те, що газопиловий тор витягнутий вздовж напрямку схід-захід. Динаміка, виявлена з наших даних ALMA, точно відповідає очікуваній оберненій орієнтації тору», — сказав Іманіші.
Цікаво, що розподіл газу навколо надмасивної чорної діри набагато складніший, ніж припускає загальна модель активного ядра галактики. Обертання газопилового тору залежить не лише від гравітації чорної діри, але також має суттєві випадкові рухи. Ці факти можуть вказувати на те, що галактика М77 має незвичну історію. Вона, можливо, колись поглинула невелику галактику. Хай там що, але ідентифікація тору, який обертається, є важливим кроком.
Галактика Молочний Шлях, де ми живемо, також має надмасивну чорну діру в своєму центрі. Ця чорна діра, однак, дуже спокійна. На неї падає лише невелика кількість газу. Тому, щоб докладно вивчити активні ядра галактик, астрономам треба спостерігати центри інших зоряних систем. M77 є однією з найближчих галактик, яка має AGN, а тому вона зручний об’єкт для ретельних спостережень її центральної частини.
За інф. з сайту www.sciencedaily.com підготував Іван Крячко
