Roterende gasformet doughnut omkring et aktivt supermassivt sort hul

Højopløselige observationer med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) afbildede en roterende støvet gastorus omkring et aktivt supermassivt sort hul. Eksistensen af ​​sådanne roterende donuts-formede strukturer blev først foreslået for årtier siden, men det er første gang, man er blevet bekræftet så tydeligt. Dette er et vigtigt skridt i forståelsen af ​​co-evolutionen af ​​supermassive sorte huller og deres værtsgalakser.

Næsten alle galakser holder skjulte uhyrlige sorte huller i deres centre. Forskere har længe vidst, at jo mere massiv galaksen er, jo mere massivt er det centrale sorte hul. Det lyder umiddelbart fornuftigt, men værtsgalakser er 10 milliarder gange større end de centrale sorte huller; det burde være svært for to objekter af så vidt forskellige skalaer at påvirke hinanden direkte. Så hvordan kunne sådan en relation udvikle sig?

Sigter på at løse dette skyggefulde problem, et hold astronomer brugte ALMAs høje opløsning til at observere centrum af spiralgalaksen M77. Den centrale region af M77 er en "aktiv galaktisk kerne, " eller AGN, hvilket betyder, at stof kraftigt falder mod det centrale supermassive sorte hul og udsender intenst lys. AGN'er kan i høj grad påvirke det omgivende miljø, derfor er de vigtige objekter til at løse mysteriet om co-evolutionen af ​​galakser og sorte huller.

Teamet afbildede området omkring det supermassive sorte hul i M77 og løste en kompakt gasformig struktur med en radius på 20 lysår. Og, astronomerne fandt ud af, at den kompakte struktur roterer rundt om det sorte hul, som forventet.

"At fortolke forskellige observationstræk ved AGN'er, astronomer har antaget roterende donutlignende strukturer af støvet gas omkring aktive supermassive sorte huller. Dette kaldes den 'forenede model' af AGN, " forklarede Masatoshi Imanishi　(National Astronomical Observatory of Japan), hovedforfatteren på et papir udgivet i Astrofysiske tidsskriftsbreve . "Imidlertid, den støvede gasformede donut er meget lille i udseende. Med den høje opløsning af ALMA, nu kan vi direkte se strukturen."

Mange astronomer har observeret midten af ​​M77 før, men aldrig er gasdonutens rotation omkring det sorte hul set så tydeligt. Udover den overlegne opløsning af ALMA, udvælgelsen af ​​molekylære emissionslinjer, der skulle observeres, var nøglen til at afsløre strukturen. Holdet observerede specifik mikrobølgeemission fra hydrogencyanidmolekyler (HCN) og formylioner (HCO+). Disse molekyler udsender kun mikrobølger i tæt gas, hvorimod det hyppigere observerede kulilte (CO) udsender mikrobølger under en række forskellige forhold. Torussen omkring AGN antages at være meget tæt, og holdets strategi var lige i mål.

"Tidligere observationer har afsløret øst-vest-forlængelsen af ​​den støvede gasformige torus. Dynamikken afsløret fra vores ALMA-data stemmer nøjagtigt overens med torusens forventede rotationsorientering, " sagde Imanishi.

Interessant nok, fordelingen af ​​gas omkring det supermassive sorte hul er meget mere kompliceret, end hvad en simpel samlet model antyder. Torussen ser ud til at have en asymmetri, og rotationen følger ikke kun det sorte huls tyngdekraft, men indeholder også meget tilfældig bevægelse. Disse fakta kunne tyde på, at AGN havde en voldelig historie, muligvis inklusiv en fusion med en lille galakse. Alligevel, identifikationen af ​​den roterende torus er et vigtigt trin.

Mælkevejen Galaxy, hvor vi bor, har også et supermassivt sort hul i midten. Dette sorte hul er, imidlertid, i en meget stille tilstand. Kun en lille mængde gas samler sig på den. Derfor, at undersøge en AGN i detaljer, astronomer skal observere centrene i fjerne galakser. M77 er en af ​​de nærmeste AGN og et velegnet objekt til at kigge ind i centrum i detaljer.