Komunikat prasowy

Supermasywna czarna dziura ukryta w pierścieniu kosmicznego pyłu

16 lutego 2022

Interferometr Bardzo Dużego Teleskopu (VLTI), należący do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), zaobserwował obłok kosmicznego pyłu w centrum galaktyki Messier 77, w którym skrywa się supermasywna czarna dziura. Otrzymane rezultaty potwierdziły przewidywania sprzed około 30 lat i dają astronomom nowy wgląd w „aktywne jądra galaktyk”, jedne z najjaśniejszych i najbardziej tajemniczych obiektów we Wszechświecie.

Aktywne jądra galaktyk (AGN-y) to niezwykle energetyczne źródła, zasilane przez supermasywne czarne dziury, odkrywane w centrach niektórych galaktyk. Czarne dziury „posilają się” wielkimi objętościami kosmicznego pyłu i gazu. Zanim materia zostanie wchłonięta, porusza się po spiralach w stronę czarnej dziury, a w procesie tym uwalniane są gigantyczne ilości energii, często przewyższające promieniowanie wszystkich gwiazd w galaktyce.

AGN-y ciekawiły astronomów od chwili, gdy po raz pierwszy dostrzeżono te jasne obiekty w latach 50. Teraz dzięki VLTI zespół naukowców, którym kierowała Violeta Gámez Rosas z Leiden University (Holandia), wykonał kluczowy krok w stronę zrozumienia, jak działają i jak wyglądają z bliska. Uzyskane wyniki opublikowano dzisiaj w Nature.

Dzięki wykonaniu nadzwyczajnie szczegółowych obserwacji centrum galaktyki Messier 77, znanej także jako NGC 1068, Gámez Rosas i jej zespół wykryli gruby pierścień kosmicznego pyłu i gazu skrywający supermasywną czarną dziurę. Odkrycie daje ważny dowód wspierający 30-letnią teorię znaną jako zunifikowany model AGN-ów.

Astronomowie wiedzą, że istnieją różne typy AGN-ów. Na przykład niektóre z nich uwalniają wybuchy fal radiowych, a inne tego nie robią; pewne AGN-y świecą jasno w zakresie widzialnym, a inne, jak Messier 77, są bardziej przytłumione. Zunifikowany model wskazuje, że niezależnie od różnic, wszystkie AGN-y mają taką samą podstawową strukturę: supermasywną czarną dziurę otoczoną przez pierścień pyłu.

Według modeli, jakiekolwiek różnice w wyglądzie pomiędzy AGN-ami wynikają z orientacji, w jakiej z Ziemi oglądamy czarną dziurę i jej gruby pierścień. Typ AGN-u, który widzimy, zależy od tego, jak bardzo pierścień przesłania czarną dziurę – z naszego punktu widzenia. W niektórych przypadkach może ją całkowicie ukryć.

Astronomowie znaleźli już wcześniej dowody na poparcie zunifikowanego modelu, m.in. dostrzeżenie ciepłego pyłu w centrum Messier 77. Jednak pozostały wątpliwości czy pył może całkowicie ukryć czarną dziurę, co by wyjaśniło dlaczego ten AGN świeci słabiej w zakresie widzialnym niż inne.

„Prawdziwa natura obłoków pyłu i ich rola zarówno w zasilaniu czarnej dziury, jak i determinowaniu wyglądu, gdy patrzymy z Ziemi, stanowią główne pytania w badaniach AGN-ów od trzech dziesięcioleci” wyjaśnia Gámez Rosas. „Chociaż żaden pojedynczy wynik nie odpowie na wszystkie nasze pytania, dokonaliśmy dużego kroku w zrozumieniu, jak działają aktywne jądra galaktyk.”

Obserwacje były możliwe dzięki instrumentowi Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE) zamontowanemu na teleskopie VLTI, pracującym na chilijskiej pustyni Atakama. MATISSE łączy światło podczerwone zbierane przez cztery 8,2-metrowe teleskopy VLT, używając techniki zwanej interferometrią. Zespół badawczy używał MATISSE do skanowania centrum galaktyki Messier 77, położonej 47 milionów lat świetlnych od nas w kierunku gwiazdozbioru Wieloryba.

„MATISSE może widzieć szeroki zakres fal podczerwonych, co pozwala nam spojrzeć przez pył i dokładnie zmierzyć temperaturę. Ponieważ VLTI to tak naprawdę bardzo duży interferometr, uzyskujemy rozdzielczość odpowiednią do zobaczenia co dzieje się nawet w galaktyka tak odległych jak Messier 77. Uzyskane obrazy szczegółowo pokazują zmiany temperatury i absorpcji w obłokach pyłu wokół czarnej dziury” mówi współautor Walter Jaffe, profesor Uniwersytetu w Lejdzie.

Łącząc zmiany temperatury pyłu (od około temperatury pokojowej do około 1200 °C), spowodowane intensywnym promieniowaniem od czarnej dziury, z mapami absorpcji, badacze stworzyli dokładny obraz pyłu i wskazali, gdzie musi znajdować się czarna dziura. Pył – w grubym pierścieniu wewnętrznym oraz w bardziej rozciągniętym dysku – z czarną dziurą usytuowaną w centrum, są wsparciem dla zunifikowanego modelu ANG-ów. Do skonstruowania obrazu naukowcy wykorzystali także dane z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), której współwaścicielem jest ESO, oraz z National Radio Astronomy Observatory’s Very Long Baseline Array, należącej do National Radio Astronomy Observatory.

„Nasze wyniki powinny doprowadzić do lepszego zrozumienia wewnętrznego działania AGN-ów” podsumowuje Gámez Rosas. „Mogą także pomów w lepszym zrozumieniu historii Drogi Mlecznej, która zawiera supermasywną czarną dziurę w swoim centrum – obiekt ten mógł być aktywny w przeszłości.”

Naukowcy planują teraz użycie VLTI do znalezienia kolejnych dowodów na rzecz zunifikowanego modelu ANG-ów, rozważają zbadanie większej próbki galaktyk.

Członek zespołu Bruno Lopez, kierownik naukowy instrument MATISSE, z Observatoire de la Côte d’Azur w Nicei (Francja), mówi: „Messier 77 jest ważnym prototypem AGN-ów i cudowną motywacją do poszerzenia programu obserwacyjnego i zoptymalizowania MATISSE do zajęcia się szersza próbką tych obiektów.”

Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), którego początek obserwacji ESO planuje na dalszą część obecnego dziesięciolecia, również pomoże w tych poszukiwaniach, dostarczając wyników, które uzupełnią omówione tutaj rezultaty i pozwolą naukowcom na eksplorację interakcji pomiędzy AGN-ami, a galaktykami.

Więcej informacji

Wyniki badań zostały zaprezentowane w artyule pt. „Thermal imaging of dust hiding the black hole in the Active Galaxy NGC 1068” (doi: 10.1038/s41586-021-04311-7), który ukaże się w Nature.

Skład zespołu badawczego: Violeta Gámez Rosas (Leiden Observatory, Leiden University, Holandia [Leiden]), Jacob W. Isbell (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Niemcy [MPIA]), Walter Jaffe (Leiden), Romain G. Petrov (Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, Francja [OCA]), James H. Leftley (OCA), Karl-Heinz Hofmann (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Niemcy [MPIfR]), Florentin Millour (OCA), Leonard Burtscher (Leiden), Klaus Meisenheimer (MPIA), Anthony Meilland (OCA), Laurens B. F. M. Waters (Department of Astrophysics/IMAPP, Radboud University, Holandia; SRON, Netherlands Institute for Space Research, Holandia), Bruno Lopez (OCA), Stéphane Lagarde (OCA), Gerd Weigelt (MPIfR), Philippe Berio (OCA), Fatme Allouche (OCA), Sylvie Robbe-Dubois (OCA), Pierre Cruzalèbes (OCA), Felix Bettonvil (ASTRON, Dwingeloo, the Netherlands [ASTRON]), Thomas Henning (MPIA), Jean-Charles Augereau (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Institute for Planetary sciences and Astrophysics, France [IPAG]), Pierre Antonelli (OCA), Udo Beckmann (MPIfR), Roy van Boekel (MPIA), Philippe Bendjoya (OCA), William C. Danchi (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA), Carsten Dominik (Anton Pannekoek Institute for Astronomy, University of Amsterdam, Holandia [API]), Julien Drevon (OCA), Jack F. Gallimore (Department of Physics and Astronomy, Bucknell University, Lewisburg, Pennsylvania, USA), Uwe Graser (MPIA), Matthias Heininger (MPIfR), Vincent Hocdé (OCA), Michiel Hogerheijde (Leiden; API), Josef Hron (Department of Astrophysics, University of Vienna, Austria), Caterina M.V. Impellizzeri (Leiden), Lucia Klarmann (MPIA), Elena Kokoulina (OCA), Lucas Labadie (1st Institute of Physics, University of Cologne, Niemcy), Michael Lehmitz (MPIA), Alexis Matter (OCA), Claudia Paladini (European Southern Observatory, Santiago, Chile [ESO-Chile]), Eric Pantin (Centre d'Etudes de Saclay, Gif-sur-Yvette, Francja), Jörg-Uwe Pott (MPIA), Dieter Schertl (MPIfR), Anthony Soulain (Sydney Institute for Astronomy, University of Sydney, Australia [SIfA]), Philippe Stee (OCA), Konrad Tristram (ESO-Chile), Jozsef Varga (Leiden), Julien Woillez (European Southern Observatory, Garching bei München, Niemcy [ESO]), Sebastian Wolf (Institute for Theoretical Physics and Astrophysics, University of Kiel, Niemcy), Gideon Yoffe (MPIA) oraz Gerard Zins (ESO-Chile).

Instrument MATISSE został zaprojektowany, sfinansowany i zbudowany w bliskiej współpracy z ESO przez konsorcjum złożone z instytutów we Francji (J.-L. Lagrange Laboratory — INSU-CNRS — Côte d’Azur Observatory — University of Nice Sophia-Antipolis), Niemczech (MPIA, MPIfR oraz University of Kiel), Holandii (NOVA oraz University of Leiden) i Austrii (University of Vienna). Konkoly Observatory i Cologne University również udzieliły wsparcia w wybudowaniu instrumentu.

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom na odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla nas wszystkich. Projektujemy, budujemy i zarządzamy światowej klasy obserwatoriami naziemnymi – których astronomowie używają do odpowiadania na ciekawe pytania i szerzenia fascynacji astronomią – a także promujemy międzynarodową współpracę w astronomii. Ustanowione w 1962 roku jako organizacja międzynarodowa, ESO jest wspierane przez 16 krajów członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy), a także Chile jako kraj gospodarz, oraz Australię jako strategicznego partnera. Siedziba ESO, a także jego centrum popularyzacji nauki i planetarium (ESO Supernova) znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, natomiast chilijska pustynia Atakama – niesamowite miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba – jest domem dla naszych teleskopów. ESO zarządza trzema lokalizacjami obserwacyjnymi w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope – Bardzo Duży Teleskop) oraz dwa teleskopy do przeglądów nieba. VISTA pracuje w podczerwieni, VLT Survey Telescope w zakresie widzialnym. W Paranal ESO zarządza także południowym obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array South) – największym na świecie i najbardziej czułym obserwatorium promieniowania gamma. Wspólnie z międzynarodowymi partnerami ESO zarządza także radioteleskopami APEX i ALMA, które są instrumentami do obserwacji nieba w zakresach milimetrowym i submilimetrowym. Na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy „największe oko świata na niebo”, czyli Ekstremalnie Wielki Teleskop (Extremely Large Telescope, ELT). Nasza działalność w Chile jest zarządzania z biur ESO w Santiago, gdzie współpracujemy też z chilijskimi partnerami.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia VLT/VLTI
• Dla dziennikarzy: zasubskrybuj, aby otrzymywać nasze komunikaty z embargo medialnym (w swoim języku)
• Dla naukowców: jeśli masz ciekawy temat, zgłoś swoje badania

Kontakt

Violeta Gámez Rosas
Leiden University
Leiden, the Netherlands
Tel.: +31 71 527 5737
E-mail: gamez@strw.leidenuniv.nl

Walter Jaffe
Leiden University
Leiden, the Netherlands
Tel.: +31 71 527 5737
E-mail: jaffe@strw.leidenuniv.nl

Bruno Lopez
MATISSE Principal Investigator
Observatoire de la Côte d’ Azur, Nice, France
Tel.: +33 4 92 00 30 11
E-mail: Bruno.Lopez@oca.eu

Romain Petrov
MATISSE Project Scientist
Observatoire de la Côte d’ Azur, Nice, France
Tel.: +33 4 92 00 30 11
E-mail: Romain.Petrov@oca.eu

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych

Jest to tłumaczenie Komunikatu prasowego ESO eso2203