На Очень большом телескопе-интерферометре Европейской южной обсерватории (VLTI ESO) наблюдалось облако космической пыли в центре галактики Мессье 77, внутри которого скрыта сверхмассивная чёрная дыра.
Эти наблюдения подтверждают теоретическое предсказание, сделанное около 30 лет назад, и позволяют астрономам по-новому взглянуть на природу активных галактических ядер, которые относятся к наиболее ярким и загадочным объектам Вселенной.
Активные галактические ядра (AGN) – находящиеся в центрах некоторых галактик источники огромной энергии, порождаемой сверхмассивными чёрными дырами. Чёрные дыры поглощают гигантские количества космической пыли и газа. Но прежде, чем быть поглощённым, это вещество устремляется по спиральной траектории к чёрной дыре, выделяя при этом энергию, которая зачастую превосходит полную энергию, излучаемую всеми звёздами галактики.
Астрономы очень интересуются природой AGN – с тех самых пор, как эти яркие объекты были впервые обнаружены в 1950-х. И вот теперь, используя мощь VLTI ESO, группа исследователей под руководством Виолеты Гамез Росас (Violeta Gámez Rosas) из Лейденского университета в Нидерландах сделала решающий шаг к пониманию того, какие процессы в них происходят и как они выглядят вблизи. Результаты работы публикуются сегодня в журнале Nature.
Гамез Росас и её группа наблюдали центр галактики Мессье 77 (NGC 1068). Добившись исключительно высокого пространственного разрешения, они зарегистрировали плотное кольцо космической пыли и газа, скрывающее сверхмассивную чёрную дыру. Это открытие – ключевой аргумент в пользу выдвинутой 30 лет назад теории, известной как Единая модель AGN.
Астрономы знают, что существуют различные типы AGN. Некоторые из них порождают всплески радиоизлучения, в то время, как другие относятся к категории «радиоспокойных»; некоторые ярко сияют в видимых лучах; другие, такие, как Мессье 77, ведут себя более смирно. Согласно Единой модели, несмотря на эти различия, все AGN имеют одинаковую природу: это сверхмассивные чёрные дыры, окружённые плотным пылевым кольцом.
В рамках Единой модели все различия в наблюдательных проявлениях AGN объясняются их ориентацией, ракурсом, под которым мы видим чёрную дыру и её толстый диск с Земли. Тип, к которому мы относим то или иное AGN, зависит от того насколько пылевое кольцо загораживает чёрную дыру от нашего взгляда. В некоторых случаях она полностью скрыта слоем пыли.
Раньше астрономы уже находили свидетельства в пользу Единой модели, в частности, регистрируя горячую пыль в центре Мессье 77. Оставались, однако, сомнения в том, что пыль может полностью скрыть чёрную дыру и что этим можно объяснить, почему это AGN светится в видимых лучах менее ярко, чем другие.
“Истинная природа этих пылевых облаков, их роль как в подпитывании чёрной дыры веществом, так и в определении их видимости при наблюдении с Земли оставались центральными проблемами в исследованиях AGN на протяжении трёх последних десятилетий”, – рассказывает Гамез Росас. “И хоть единичный результат, конечно, не сможет дать ответ на все имеющиеся вопросы, мы сделали большой шаг к пониманию механизма работы AGN.”
Наблюдения удалось выполнить благодаря великолепным характеристикам многоапертурного спектрографа среднего инфракрасного диапазона MATISSE (Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment), установленного на ESO VLTI в чилийской пустыне Атакама. Приёмник MATISSE складывает инфракрасные световые потоки, собранные всеми четырьмя 8.2-метровыми телескопами комплекса Очень Большого телескопа ESO (VLT), применяя технику оптической интерферометрии. При помощи MATISSE группа провела сканирование центральной области галактики Мессье 77, расположенной в 47 миллионах световых лет от нас в созвездии Кита.
“MATISSE работает в широком диапазоне инфракрасных волн, что позволяет нам видеть сквозь пыль и точно измерять температуру. VLTI – очень большой интерферометр, и его разрешения достаточно, чтобы увидеть, что происходит даже в таких далёких галактиках, как Мессье 77. Полученные нами изображения дают детальную информацию об изменении температуры и поглощения в пылевых облаках вокруг чёрной дыры”, – говорит соавтор работы Вальтер Яффе (Walter Jaffe), профессор Лейденского университета.
Соединяя информацию о вызванных интенсивным излучением из области чёрной дыры изменениях температуры пыли (от комнатной до 1200 °C) с картами поглощения, группа построила подробную картину распределения пыли и определила точку, в которой должна лежать чёрная дыра. Распределение пыли — толстое внутреннее кольцо и более протяжённый диск — с чёрной дырой в центре соответствует Единой модели. Для построения этой картины группа также воспользовалась данными, полученными на Атакамской большой миллиметровой / субмиллиметровой антенной решётке, которую ESO эксплуатирует на партнёрских началах, и на Антенной решётке со сверхдлинной базой Национальной радиоастрономической обсерватории.
“Наши результаты должны привести к лучшему пониманию внутренних процессов в AGN”, – заключает Гамез Росас. “А ещё они могут помочь нам лучше понять историю Млечного Пути – в его центре находится сверхмассивная чёрная дыра, которая могла быть активной в прошлом.”
Теперь исследователи собираются использовать VLTI ESO, чтобы найти другие подтверждения Единой модели AGN на большой выборке галактик.
Член группы Бруно Лопес (Bruno Lopez), научный руководитель проекта MATISSE из обсерватории Кот д’Азур в Ницце, во Франции, говорит: “Мессье 77 – важный прототип AGN, что даёт нам прекрасную мотивацию для расширения нашей наблюдательной программы и оптимизации MATISSE с целью анализа более широкой выборки AGN.»
Чрезвычайно Большой телескоп ESO (ELT), первые наблюдения на котором планируются на конец десятилетия, также примет участие в этом поиске, дополнив находки группы исследованиями взаимодействия между AGN и их галактиками.