Наблюдения черной дыры в галактике М77 подтверждают созданную 30 лет назад теорию

При помощи Очень Большого телескопа-интерферометра Европейской Южной обсерватории (VLTI ESO) астрономы наблюдали облако космической пыли в центре галактики Мессье 77 (М77), внутри которого скрыта сверхмассивная черная дыра. Эти наблюдения подтверждают теоретическое предположение, выдвинутое около 30 лет назад, и позволяют по-новому взглянуть на природу активных галактических ядер, которые относятся к наиболее ярким и загадочным объектам Вселенной. Об исследовании рассказывается в пресс-релизе ESO.

Активные галактические ядра (AGN) — находящиеся в центрах некоторых галактик источники огромной энергии, порождаемой сверхмассивными черными дырами. Черные дыры поглощают гигантские количества космической пыли и газа. Но прежде чем быть поглощенным, это вещество устремляется по спиральной траектории к черной дыре, выделяя при этом энергию, которая зачастую превосходит полную энергию, излучаемую всеми звездами галактики.

Группа исследователей под руководством Виолеты Гамез-Росас (Violeta Gámez Rosas) из Лейденского университета сделала решающий шаг к пониманию того, какие процессы происходят в активных ядрах и как они выглядят вблизи. Ученые наблюдали центр галактики М77, расположенной в 47 миллионах световых лет от нас в созвездии Кита. Добившись исключительно высокого пространственного разрешения, они зарегистрировали плотное кольцо космической пыли и газа, скрывающее сверхмассивную черную 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, а другие, такие, как Мессье 77, ведут себя более смирно. Согласно Единой модели, несмотря на эти различия, все AGN имеют одинаковую природу: это сверхмассивные черные дыры, окруженные плотным пылевым кольцом.

В рамках Единой модели все различия в наблюдательных проявлениях AGN объясняются их ориентацией, ракурсом, под которым мы видим черную дыру и ее толстый диск с Земли. Тип, к которому мы относим то или иное AGN, зависит от того, насколько пылевое кольцо загораживает черную 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 М77. Оставались, однако, сомнения в том, что пыль может полностью скрыть черную 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 черной дыры веществом, так и в определении их видимости при наблюдении с Земли оставались центральными проблемами в исследованиях AGN на протяжении трех 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. Приемник MATISSE складывает инфракрасные световые потоки, собранные всеми четырьмя 8,2-метровыми телескопами комплекса Очень Большого телескопа ESO (VLT), применяя технику оптической интерферометрии.

«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 далеких галактиках, как М77. Полученные нами изображения дают детальную информацию об изменении температуры и поглощения в пылевых облаках вокруг черной дыры», — говорит профессор Лейденского университета Вальтер Яффе (Walter Jaffe).

Соединяя информацию о вызванных интенсивным излучением из области черной 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 черная дыра. Распределение пыли — толстое внутреннее кольцо и более протяженный диск — с черной дырой в центре соответствует Единой модели. Для построения этой картины группа также воспользовалась данными, полученными на Атакамской Большой миллиметровой / субмиллиметровой антенной решетке, которую ESO эксплуатирует на партнерских началах, и на Антенной решетке со сверхдлинной базой Национальной радиоастрономической обсерватории.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.