1970-luvulla tutkijat vahvistivat, että galaksiamme keskustasta tulevat radiosäteilyt johtuivat supermassiivisesta mustasta reiästä (SMBH). Tämä ominaisuus, joka sijaitsee noin 26 000 valovuoden päässä Maasta Jousimiehen ja Scorpiuksen tähdistöstä, tuli tunnetuksi Jousimies A *. Siitä lähtien tähtitieteilijät ovat ymmärtäneet, että useimpien massiivisten galaksien keskellä on SMBH.
Lisäksi tähtitieteilijät ovat oppineet, että näissä galakseissa olevia mustia reikiä ympäröivät massiiviset pyörivät pölyn ja kaasun torukset, mikä on heidän tuottamansa energian osuus. Kuitenkin vasta äskettäin ryhmä tähtitieteilijöitä, jotka käyttivät Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) -laitetta, pystyi vangitsemaan kuvan pyörivästä pölyisestä kaasutoruksesta M77: n supermassiivisen mustan aukon ympärillä.
Tutkimus, joka selvittää heidän havaintonsa, ilmestyi äskettäin Tähtitieteelliset lehdenkirjeet otsikolla ”ALMA paljastaa epähomogeenisen pienikokoisen, pyörivän tiheän molekyylin toruksen NGC 1068 -ydimessä”. Tutkimuksen toteutti Japanin kansallisen tähtitieteellisen observatorion japanilaisten tutkijoiden ryhmä - jota johtaa Masatoshi Imanishi - Kagoshiman yliopiston avustuksella.
Kuten useimmissa massiivisissa galakseissa, myös M77: llä on aktiivinen galaktinen ydin (AGN), jossa pölyä ja kaasua kerääntyy sen SMBH: hen, mikä johtaa normaalia suurempaan valoisuuteen. Tähtitieteilijät ovat jo jonkin aikaa hämmentyneet SMBH: n ja galaksien välisestä uteliaasta suhteesta. Massiivisemmissa galakseissa on suurempia SMBH: ita, isäntägalakseja on kuitenkin 10 miljardia kertaa suurempi kuin niiden keskeinen musta aukko.
Tämä herättää luonnollisesti kysymyksiä siitä, kuinka kaksi erittäin mittakaavassa kohdetta voisivat vaikuttaa suoraan toisiinsa. Seurauksena on, että tähtitieteilijät ovat pyrkineet tutkimaan AGN: ää, jotta voidaan selvittää, kuinka galaksit ja mustat aukot kehittyvät yhdessä. Tutkimuksensa vuoksi ryhmä teki korkearesoluutioisia havaintoja M77: n keskialueelta, estettyyn kierregalaksiin, joka sijaitsee noin 47 miljoonan valovuoden päässä Maasta.
ALMA: n avulla joukkue kuvansi M77: n keskialueen ja pystyi ratkaisemaan kompakti kaasumainen rakenne, jonka säde on 20 valovuotta. Odotetusti joukkue havaitsi, että kompakti rakenne pyörii galaksien mustan aukon ympärillä. Kuten Masatoshi Imanishi selitti ALMA: n lehdistötiedotteessa:
”Tulkitsemaan AGN: n erilaisia havaintoominaisuuksia tähtitieteilijät ovat oletaneet pyörittävän pölykaasun donitsimaisia rakenteita aktiivisten supermassiivisten mustien reikien ympärillä. Tätä kutsutaan AGN: n 'yhtenäiseksi malliksi'. Pölyinen kaasumainen munkki on kuitenkin ulkonäöltään hyvin pieni. ALMA: n korkealla resoluutiolla näemme nyt rakenteen suoraan. ”
Aikaisemmin tähtitieteilijät ovat havainneet M77: n keskipisteen, mutta kukaan ei ole toistaiseksi pystynyt ratkaisemaan pyörivää torusta sen keskustassa. Tämä tehtiin mahdollista ALMA: n ylivoimaisen resoluution ja molekyylipäästöjohtojen valinnan ansiosta. Nämä päästöjohdot sisältävät syaanivetyä (HCN) ja formyyli-ioneja (HCO +), jotka säteilevät mikroaaltoja vain tiheässä kaasussa, ja hiilimonoksidia -, joka emittoi mikroaaltoja useissa olosuhteissa.
Näiden päästöjohtojen havainnot vahvistivat ryhmän toisen ennusteen, jonka mukaan torus olisi erittäin tiheä. "Aiemmat havainnot ovat paljastaneet pölyisen kaasumaisen toruksen itä-länsi-pidennyksen", sanoi Imanishi. "ALMA-tietojemme perusteella paljastettu dynamiikka sopii tarkasti toruksen odotettuun pyörimissuuntaan."
Heidän havaintonsa osoittivat kuitenkin myös, että kaasun jakautuminen SMBH: n ympärille on monimutkaisempaa kuin mitä yksinkertainen yhtenäinen malli ehdottaa. Tämän mallin mukaan toruksen pyöriminen seuraisi mustan aukon painovoimaa; mutta mitä Imanishi ja hänen tiiminsä löysivät, osoittivat, että toruksessa olevalla kaasulla ja pölyllä on myös merkkejä erittäin satunnaisesta liikkeestä.
Nämä voisivat olla merkki siitä, että M77: n keskustassa olevalla AGN: llä oli väkivaltainen historia, johon voi kuulua sulautumisen pienen galaksin kanssa aiemmin. Lyhyesti sanottuna ryhmän havainnot osoittavat, että galaktisilla fuusioilla voi olla merkittävä vaikutus AGN: ien muodostumiseen ja käyttäytymiseen. Tässä suhteessa heidän havaintonsa M77: n torusta tarjoavat jo johtolankoja galaksin historiaan ja evoluutioon.
Vaikka SMBH: n tutkimus on intensiivinen, se on myös erittäin haastava. Toisaalta lähin SMBH (Sagitarrius A *) on suhteellisen hiljainen, ja siihen on vain pieni määrä kaasua. Samanaikaisesti se sijaitsee galaksiamme keskellä, missä hämärtää sitä aiheuttavat pöly, kaasu ja tähdet. Sellaisenaan, tähtitieteilijöiden on pakko etsiä muita galakseja tutkiakseen, kuinka SMBH: t ja niiden galaksit esiintyvät rinnakkain.
Ja vuosikymmenien tutkimuksen ja instrumentointiin liittyvien parannusten ansiosta tutkijat ovat alkaneet saada ensimmäistä kertaa selkeän näkemyksen näistä salaperäisistä alueista. Pystymällä tutkimaan niitä yksityiskohtaisesti, tähtitieteilijät saavat myös arvokasta tietoa siitä, kuinka tällaiset massiiviset mustat aukot ja niiden renkaat rakenteet voisivat olla olemassa galaksiensa kanssa ajan myötä.
