Under 1970-talet bekräftade forskare att radioutsläpp som kommer från mitten av vår galax berodde på närvaron av ett Supermassive Black Hole (SMBH). Beläget cirka 26 000 ljusår från jorden mellan Skytten och Skorpiuskonstellationen, blev denna funktion känd som Skytten A *. Sedan den tiden har astronomer förstått att de flesta massiva galaxer har en SMBH i centrum.
Dessutom har astronomer lärt sig att svarta hål i dessa galaxer är omgivna av massiva roterande torusar av damm och gas, vilket är vad som står för den energi de lägger ut. Det var emellertid först nyligen att ett team av astronomer, som använde Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), kunde fånga en bild av den roterande dammiga gas-torusen runt det supermassiva svarta hålet på M77.
Studien som beskriver deras resultat nyligen dök upp i Astronomiska tidskriftsbrev under titeln "ALMA avslöjar en inhomogen kompakt roterande tät molekylär torus vid NGC 1068 Nucleus". Studien genomfördes av ett team av japanska forskare från National Astronomical Observatory of Japan - under ledning av Masatoshi Imanishi - med hjälp från Kagoshima University.
Liksom de flesta massiva galaxer har M77 en Active Galactic Nucleus (AGN), där damm och gas anbringas på dess SMBH, vilket leder till högre ljusstyrka än normalt. Under en tid har astronomer undrat över det nyfikna förhållandet som finns mellan SMBH och galaxer. Medan mer massiva galaxer har större SMBH, är värdgalaxer fortfarande 10 miljarder gånger större än deras centrala svarta hål.
Detta ställer naturligtvis frågor om hur två föremål med oerhört olika skalor direkt kan påverka varandra. Som ett resultat har astronomer försökt studera AGN för att bestämma hur galaxer och svarta hål utvecklas. För deras studie genomförde teamet högupplösta observationer av den centrala regionen M77, en spärrad spiralgalax som ligger ungefär 47 miljoner ljusår från Jorden.
Med hjälp av ALMA avbildade teamet området kring M77s centrum och kunde lösa en kompakt gasformig struktur med en radie på 20 ljusår. Som förväntat fann teamet att den kompakta strukturen roterade runt galaxernas centrala svarta hål. Som Masatoshi Imanishi förklarade i ett ALMA-pressmeddelande:
”För att tolka olika observationsdrag hos AGN: er har astronomer antagit roterande munkliknande strukturer av dammig gas runt aktiva supermassiva svarta hål. Detta kallas den "enhetliga modellen" för AGN. Den dammiga gasformiga munken är emellertid mycket liten i utseende. Med den höga upplösningen av ALMA kan vi nu direkt se strukturen. ”
Tidigare har astronomer observerat centrum av M77, men ingen har lyckats lösa den roterande torusen i dess centrum tills nu. Detta möjliggjordes tack vare den överlägsna upplösningen av ALMA samt valet av molekylära utsläppslinjer. Dessa utsläppslinjer inkluderar vätecyanid (HCN) och formyljoner (HCO +), som endast avger mikrovågor i tät gas, och kolmonoxid - som avger mikrovågor under olika förhållanden.
Observationerna av dessa utsläppslinjer bekräftade en annan förutsägelse från teamet, som var att torusen skulle vara mycket tät. "Tidigare observationer har avslöjat öst-västlig töjning av den dammiga gasformiga torusen," sade Imanishi. "Den dynamik som avslöjats från våra ALMA-data överensstämmer exakt med den förväntade rotationsorienteringen av torus."
Men deras observationer indikerade dock att distributionen av gas runt en SMBH är mer komplicerad än vad en enkel enhetlig modell antyder. Enligt denna modell skulle torusens rotation följa det svarta hålets allvar; men vad Imanishi och hans team fann tyder på att gas och damm i torusen också visar tecken på mycket slumpmässig rörelse.
Dessa kan vara en indikation på att AGN i mitten av M77 hade en våldsam historia, vilket kan inkludera sammanslagning med en liten galax tidigare. Kort sagt, teamets observationer indikerar att galaktiska sammanslagningar kan ha en betydande inverkan på hur AGN bildar och uppför sig. I detta avseende ger deras observationer av M77s torus redan ledtrådar om galaxens historia och utveckling.
Studien av SMBH: er, även om den är intensiv, är också mycket utmanande. Å ena sidan är den närmaste SMBH (Sagitarrius A *) relativt tyst, med endast en liten mängd gas som fästs på den. Samtidigt ligger den i mitten av vår galax, där den döljs av ingripande damm, gas och stjärnor. Som sådant tvingas astronomer att titta på andra galaxer för att studera hur SMBH och deras galaxer samexisterar.
Och tack vare decennier av studier och förbättringar av instrumentering börjar forskare få ett tydligt glimt av dessa mystiska regioner för första gången. Genom att kunna studera dem i detalj får astronomer också värdefull insikt i hur sådana massiva svarta hål och deras ringade strukturer skulle kunna leva tillsammans med sina galaxer över tid.
