Ученые обнаружили сверхмассивную черную дыру, скрывающуюся в кольце космической пыли

Интерферометр Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории наблюдал облако космической пыли в центре галактики Мессье 77, которое скрывает сверхмассивную черную дыру.

Полученные данные подтвердили предсказания, сделанные около 30 лет назад, и дают астрономам новое представление об «активных галактических ядрах», одних из самых ярких и загадочных объектов во Вселенной.

Активные галактические ядра (АЯГ) представляют собой чрезвычайно энергетические источники, работающие от сверхмассивных черных дыр и обнаруженные в центре некоторых галактик.

Эти черные дыры питаются большими объемами космической пыли и газа.

Прежде чем быть съеденным, этот материал по спирали движется к черной дыре, и в процессе высвобождается огромное количество энергии, часто затмевающей все звезды в галактике.

Астрономы интересовались АЯГ с тех пор, как они впервые обнаружили эти яркие объекты в 1950-х годах. Теперь, благодаря VLTI ESO, группа исследователей под руководством Виолетты Гамес Росас из Лейденского университета в Нидерландах сделала важный шаг к пониманию того, как они работают и как выглядят вблизи.

Результаты опубликованы в Nature.

Проведя необычайно подробные наблюдения за центром галактики Мессье 77, также известной как NGC 1068, Гамес Росас и ее команда обнаружили толстое кольцо космической пыли и газа, скрывающее сверхмассивную черную дыру.

Это открытие предоставляет жизненно важные доказательства в поддержку теории 30-летней давности, известной как Единая модель АЯГ.

Астрономы знают, что существуют разные типы АЯГ.

Например, одни испускают всплески радиоволн, а другие нет; некоторые AGN ярко светятся в видимом свете, в то время как другие, такие как Мессье 77, более приглушены. Единая модель утверждает, что, несмотря на их различия, все АЯГ имеют одинаковую базовую структуру: сверхмассивная черная дыра, окруженная толстым кольцом пыли.

Согласно этой модели, любое различие во внешнем виде между AGN связано с ориентацией, в которой мы видим черную дыру и ее толстое кольцо с Земли. Тип AGN, который мы видим, зависит от того, насколько кольцо закрывает черную дыру с нашей точки зрения, в некоторых случаях полностью скрывая ее.

Астрономы уже находили некоторые доказательства в поддержку Единой модели, в том числе обнаружение теплой пыли в центре Мессье 77. Однако оставались сомнения относительно того, может ли эта пыль полностью скрыть черную дыру и, следовательно, объяснить, почему этот АЯГ светит менее ярко в видимом свете, чем другие.

«Настоящая природа пылевых облаков и их роль как в питании черной дыры, так и в определении того, как она выглядит с Земли, были центральными вопросами в исследованиях АЯГ за последние три десятилетия», — объясняет Гамес Росас.

«Хотя ни один результат не решит все вопросы, которые у нас есть, мы сделали важный шаг в понимании того, как работают AGN».

Наблюдения стали возможными благодаря многоапертурному спектроскопическому эксперименту среднего инфракрасного диапазона (MATISSE), установленному на ESO VLTI, расположенном в пустыне Атакама в Чили. MATISSE объединил инфракрасный свет, собранный всеми четырьмя 8,2-метровыми телескопами Очень Большого Телескопа ESO (VLT), используя технику, называемую интерферометрией.

Команда использовала MATISSE для сканирования центра Мессье 77, расположенного на расстоянии 47 миллионов световых лет в созвездии Кита.

«MATISSE может видеть широкий диапазон инфракрасных длин волн, что позволяет нам видеть сквозь пыль и точно измерять температуру.

Поскольку VLTI на самом деле является очень большим интерферометром, у нас есть разрешение, чтобы увидеть, что происходит даже в таких далеких галактиках, как Мессье 77. Полученные нами изображения детализируют изменения температуры и поглощения пылевых облаков вокруг черной дыры. — говорит соавтор Уолтер Джаффе, профессор Лейденского университета.

Объединив изменения температуры пыли (от комнатной температуры до примерно 1200 °C), вызванные интенсивным излучением черной дыры, с картами поглощения, команда создала подробную картину пыли и точно определила, где должна находиться черная дыра.

Пыль — в толстом внутреннем кольце и более протяженном диске — с расположенной в центре черной дырой поддерживает Единую Модель. Команда также использовала данные массива Atacama Large Millimeter/submmillimeter Array, находящегося в совместном владении ESO, и массива очень длинной базовой линии Национальной радиоастрономической обсерватории для построения своей картины.

«Наши результаты должны привести к лучшему пониманию внутренней работы AGN», — заключает Гамес Росас. «Они также могут помочь нам лучше понять историю Млечного Пути, в центре которого находится сверхмассивная черная дыра, которая, возможно, была активной в прошлом».

Теперь исследователи хотят использовать VLTI ESO, чтобы найти больше подтверждающих доказательств Единой модели активных ядер галактик, рассмотрев большую выборку галактик.

Член команды Бруно Лопес, главный исследователь MATISSE в Обсерватории Лазурного Берега в Ницце, Франция, говорит: «Мессье 77 — важный прототип AGN и прекрасная мотивация для расширения нашей программы наблюдений и оптимизации MATISSE для решения более широкой задачи. образец AGN».

Чрезвычайно большой телескоп ESO (ELT), который должен начать наблюдения в конце этого десятилетия, также поможет поискам, предоставив результаты, которые дополнят выводы команды и позволят им исследовать взаимодействие между AGN и галактиками.