С 1950-х годов астрономы знают, что в центре некоторых галактик существуют так называемые активные галактические ядра (АЯГ). Это чрезвычайно энергичные источники, питаемые сверхмассивными черными дырами. Материал, скопившийся вокруг центральной черной дыры, вращается вокруг нее по спирали, прежде чем быть поглощенным небесным монстром. Недавно интерферометр Очень большого телескопа (VLTI) Европейской южной обсерватории (ESO) наблюдал толстое кольцо космической пыли в центре галактики M 77. Это облако заслоняет сверхмассивную черную дыру в самом центре галактики.
Открытие было сделано группой исследователей под руководством Виолеты Гамес Розас из Лейденского университета в Нидерландах. Исследование делает фундаментальный шаг к пониманию активных галактических ядер, а также предоставляет важные доказательства в поддержку теории 30-летней давности: Единой модели АЯГ.
Активное галактическое ядро, которое светится меньше, чем другие
Активные галактические ядра не все одинаковы. Некоторые из них испускают радиовсплески, другие ярко светятся в видимом свете. Некоторые из них очень слабые, другие излучают достаточно энергии, чтобы затмить свет всех звезд в галактике. Однако в Единой модели говорится, что, несмотря на различия, все АЯГ имеют одинаковую базовую структуру. Сверхмассивная черная дыра, окруженная кольцом пыли и газа. Так почему же поведение АЯГ не всегда одинаково? Почему, например, ядро M 77 светится меньше остальных?
Согласно этой модели, различия между АЯГ будут зависеть от ориентации, в которой мы наблюдаем их с Земли. Что касается M 77: ее центральная сверхмассивная черная дыра скрыта кольцом пыли, которое ее окружает. Что для нас делает ее полностью скрытой от нас. Гамес Росас объясняет:
Истинная природа пылевых облаков и их роль в питании черной дыры и определении того, как она выглядит при наблюдении с Земли, были центральными вопросами в исследованиях АЯГ в течение последних трех десятилетий. Хотя ни один результат не решит всех вопросов, мы сделали большой шаг вперед в понимании того, как работают АЯГ.
Для сканирования центра M 77, расположенного на расстоянии 47 миллионов световых лет от Земли, команда исследователей использовала прибор MATISSE. Эксперимент Multi AperTure Mid-Infrared SpectroScopic Experiment, установленный на VLTI в пустыне Атакама, использует интерферометрию для объединения инфракрасного света, собранного четырьмя 8,2-метровыми телескопами VLT. Благодаря способности видеть широкий диапазон инфракрасных длин волн MATISSE смог пройти сквозь кольцо космической пыли и точно измерить температуру.
«Полученные нами изображения подробно описывают температурные колебания и поглощение пылевых облаков вокруг черной дыры«, — говорит соавтор исследования Вальтер Яффе, профессор Лейденского университета.
Команда использовала данные ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) и VLBA (Very Long Baseline Array), чтобы лучше определить изображение АЯГ в центре M 77. Объединив их с данными MATISSE, можно было изучить изменения температуры пыли, вызванные интенсивным излучением черной дыры. Температура варьируется от комнатной до примерно 1200 °C!
Так называемые карты поглощения, которые анализируют поглощение света, вызванное пылью (и повторное излучение в инфракрасном диапазоне), были использованы в анализе температуры. С их помощью исследователи построили подробную картину распределения пыли и определили, где должна находиться черная дыра. То, что они получили, подтверждает Единую модель.
«Наши результаты должны привести к лучшему пониманию внутренней работы АЯГ«, — заключает Гамес Росас. «Они также могут помочь нам лучше понять историю Млечного Пути, в центре которого находится сверхмассивная черная дыра, которая, возможно, была активна в прошлом«.
Бруно Лопес, главный исследователь MATISSE в Обсерватории Лазурного берега в Ницце, говорит: «М 77 — важный прототип АЯГ. И прекрасная мотивация для расширения нашей программы наблюдений и оптимизации MATISSE для работы с большей выборкой«.
Уже сейчас исследователи пытаются использовать VLTI для поиска дальнейших доказательств в пользу Единой модели, изучая другие галактики. В течение этого десятилетия также появится Чрезвычайно большой телескоп, который, несомненно, поможет в поисках. Это позволит изучить взаимодействие между АЯГ и галактикой-хозяином, что даст новую информацию об этих объектах, одних из самых ярких и загадочных во Вселенной.
С исследованием, опубликованным в журнале Nature, можно ознакомиться .