Bildkredit: ESO
Att uppfylla en gammal dröm om astronomer, observationer med Very Large Telescope Interferometer (VLTI) vid ESO Paranal Observatory (Chile) har nu gjort det möjligt att få en tydlig bild av det omedelbara omgivningen av det svarta hålet i mitten av en aktiv galax . De nya resultaten avser spiralgalaxen NGC 1068, belägen på ett avstånd av cirka 50 miljoner ljusår.
De visar en konfiguration av relativt varmt damm (cirka 50 ° C) som mäter 11 ljusår över och 7 ljusår tjockt, med en inre, varmare zon (500 ° C), cirka 2 ljusår bred.
Dessa avbildnings- och spektralobservationer bekräftar den nuvarande teorin om att svarta hål i mitten av aktiva galaxer är inneslutna i en tjock munkformad struktur av gas och damm som kallas en "torus".
För den här slingrande studien, den första i sitt slag av ett extragalaktiskt objekt med hjälp av lång baslinje-infraröd interferometri, använde ett internationellt team av astronomer [2] det nya MIDI-instrumentet i VLTI-laboratoriet. Det designades och konstruerades i ett samarbete mellan tyska, holländska och franska forskningsinstitut [3].
Genom att kombinera ljuset från två 8,2 m VLT-enhetsteleskop under två observationslöpningar i juni respektive november 2003 uppnåddes en maximal upplösning på 0,013 båg, motsvarande cirka 3 ljusår på avståndet till NGC 1068. Infrarödspektra för det centrala området i denna galax erhölls som indikerar att det uppvärmda dammet troligen är av aluminiumsilikatsammansättning.
De nya resultaten publiceras i ett forskningsdokument som visas i den internationella forskningstidsskriftet Nature 6 maj 2004.
NGC 1068 - en typisk aktiv galax
Aktiva galaxer är bland de mest spektakulära föremålen på himlen. Deras kompakta kärnor (AGN = Active Galaxy Nuclei) är så lysande att de kan överträda hela galaxen; "Kvasarer" utgör extrema fall av detta fenomen. Dessa kosmiska föremål visar många intressanta observationsegenskaper över hela det elektromagnetiska spektrumet, allt från radio till röntgenemission.
Det finns nu mycket bevis på att den ultimata kraftstationen för dessa aktiviteter har sitt ursprung i supermassiva svarta hål med massor upp till tusentals miljoner gånger massan av vår sol, jfr. t.ex. ESO PR 04/01. Den i Vintergalaxen har bara cirka 3 miljoner solmassor, jfr. ESO PR 17/02. Det svarta hålet antas matas från en tätt sårad förångningsskiva av gas och damm som omger det. Material som faller mot sådana svarta hål kommer att komprimeras och värmas upp till fantastiska temperaturer. Denna heta gas utstrålar en enorm mängd ljus, vilket får den aktiva galaxkärnan att lysa så ljust.
NGC 1068 (även känd som Messier 77) är bland de ljusaste och mest aktiva galaxerna i närheten. Ligger i konstellationen Cetus (The Whale) på ett avstånd av cirka 50 miljoner ljusår, det ser ut som en ganska normal, spärrad spiralgalax. Kärnan i denna galax är emellertid mycket lysande, inte bara i optiskt, utan också i ultraviolett och röntgenstrålning. Ett svart hål med en massa motsvarande cirka 100 miljoner gånger massan av vår sol krävs för att redovisa kärnkraftsaktiviteten i NGC 1068.
VLTI-observationerna
På kvällarna 14 till 16 juni 2003 genomförde ett team av europeiska astronomer [2] en första serie observationer för att verifiera den vetenskapliga potentialen för det nyinstallerade MIDI-instrumentet på VLTI. De studerade också den aktiva galaxen NGC 1068. Redan vid detta första försök var det möjligt att se detaljer nära centrum av detta objekt, jfr. ESO PR 17/03.
MIDI är känslig för ljus med en våglängd nära 10 m, d.v.s. i det mellersin-infraröda spektralområdet ("termisk infraröd"). Med avstånd mellan de bidragande teleskopen (”baslinjer”) på upp till 200 m kan MIDI uppnå en maximal vinkelupplösning (bildskärpa) på cirka 0,01 bågar. Lika viktigt, genom att kombinera ljusstrålarna från två 8,2 m VLT-enhetsteleskop, tillåter MIDI nu för första gången att utföra infraröd interferometri av relativt svaga föremål utanför vår egen galax, Vintergatan.
Med sin höga känslighet för termisk strålning är MIDI idealisk lämplig för att studera material i de mycket dolda regionerna nära ett centralt svart hål och värms upp av dess ultravioletta och optiska strålning. Den energi som absorberas av dammkornen utstrålas sedan vid längre våglängder i det termiska infraröda spektralområdet mellan 5 och 100 pm.
Den centrala regionen i NGC 1068
Ytterligare interferometriska observationer säkerställdes i november 2003 vid en baslinje på 42 m. Efter en noggrann analys av all data, den uppnådda rumsliga upplösningen (bildskärpa) och de detaljerade spektra har gjort det möjligt för astronomerna att studera strukturen i den centrala regionen i NGC 1068.
De upptäcker närvaron av ett innersta, jämförelsevis "heta" dammmoln, uppvärmt till cirka 500 ° C och med en diameter lika med eller mindre än den uppnådda bildskärpan, dvs cirka 3 ljusår. Det omges av ett svalare, dammigt område med en temperatur på cirka 50 ° C, som mäter 11 ljusår över och cirka 7 ljusår tjock. Detta är troligtvis det förutsagda centrala, skivformade molnet som roterar runt det svarta hålet.
Jämförelsestjockleken för den observerade strukturen (tjockleken är ~ 65% av diametern) är av speciell relevans eftersom den endast kan förbli stabil om den utsätts för en kontinuerlig injektion av rörelseenergi. Ingen av de nuvarande modellerna för centrala regioner i aktiva galaxer ger dock en övertygande förklaring av detta.
MIDI-spektra, som täcker våglängdsintervallet från 8 - 13,5? M, ger också information om den möjliga sammansättningen av dammkornen. Den mest troliga beståndsdelen är kalciumaluminiumsilikat (Ca2Al2SiO7), en art med hög temperatur som också finns i de yttre atmosfärerna av några supergigantiska stjärnor. Fortfarande kan dessa pilotobservationer slutgiltigt utesluta andra typer av icke-olivint damm.
Ursprungskälla: ESO News Release
