I løpet av 1970-tallet bekreftet forskere at radioutslipp som kommer fra sentrum av galaksen, skyldtes tilstedeværelsen av et Supermassive Black Hole (SMBH). Ligger omtrent 26 000 lysår fra Jorden mellom Skytten og Skorpius-stjernebildet, og ble kjent som Skytten A *. Siden den tid har astronomer forstått at de fleste massive galakser har en SMBH i sentrum.
Astronomer har dessuten erfart at sorte hull i disse galaksene er omgitt av massive roterende toruser av støv og gass, og det er dette som står for energien de legger ut. Imidlertid var det først nylig at et team av astronomer, som brukte Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), kunne fange et bilde av den roterende støvete gass-torusen rundt det supermassive sorte hullet i M77.
Studien som beskriver funnene deres nylig dukket opp i Astronomiske tidsskriftsbrev under tittelen “ALMA avslører en inhomogen kompakt roterende tett molekylær torus ved NGC 1068 Nucleus”. Studien ble utført av et team av japanske forskere fra National Astronomical Observatory of Japan - ledet av Masatoshi Imanishi - med bistand fra Kagoshima University.
Som de fleste massive galakser, har M77 en Active Galactic Nucleus (AGN), der støv og gass blir anbragt på SMBH, noe som fører til høyere lysstyrke enn normal. I en tid har astronomer undret seg over det nysgjerrige forholdet som eksisterer mellom SMBHs og galakser. Mens mer massive galakser har større SMBH, er vertsgalakser fremdeles 10 milliarder ganger større enn det sentrale sorte hullet.
Dette reiser naturlig nok spørsmål om hvordan to gjenstander med vidt forskjellige skalaer direkte kan påvirke hverandre. Som et resultat har astronomer prøvd å studere AGN for å bestemme hvordan galakser og sorte hull utvikler seg. For undersøkelsens skyld gjennomførte teamet høyoppløselige observasjoner av den sentrale regionen M77, en sperret spiralgalakse som ligger omtrent 47 millioner lysår fra Jorden.
Ved å bruke ALMA, avbildet teamet området rundt M77 sentrum og klarte å løse en kompakt gassformig struktur med en radius på 20 lysår. Som forventet fant teamet at den kompakte strukturen roterte rundt galaksenes sentrale sorte hull. Som Masatoshi Imanishi forklarte i en pressemelding fra ALMA:
For å tolke forskjellige observasjonsfunksjoner ved AGN-er, har astronomer antatt roterende smultringlignende strukturer av støvete gasser rundt aktive supermassive sorte hull. Dette kalles den ‘enhetlige modellen’ av AGN. Imidlertid er den støvete gassformige smultringen veldig liten i utseendet. Med den høye oppløsningen av ALMA, kan vi nå se strukturen direkte. ”
Tidligere har astronomer observert sentrum av M77, men ingen har vært i stand til å løse den roterende torusen i sentrum før til nå. Dette ble gjort mulig takket være den overlegne oppløsningen av ALMA, samt valg av molekylære utslippslinjer. Disse utslippslinjene inkluderer hydrogencyanid (HCN) og formylioner (HCO +), som bare avgir mikrobølger i tett gass, og karbonmonoksid - som avgir mikrobølger under en rekke forhold.
Observasjonene av disse utslippslinjene bekreftet en annen spådom laget av teamet, som var at torusen ville være veldig tett. "Tidligere observasjoner har avslørt øst-vest-forlengelsen av den støvete gassformige torusen," sa Imanishi. "Dynamikken avslørt fra ALMA-dataene våre stemmer nøyaktig med den forventede rotasjonsorienteringen av torusen."
Observasjonene deres indikerte imidlertid at fordelingen av gass rundt en SMBH er mer komplisert enn hva en enkel enhetlig modell antyder. I følge denne modellen ville rotasjonen av torusen følge tyngdekraften til det sorte hullet; men det Imanishi og teamet hans fant indikerte at gass og støv i torusen også viser tegn til svært tilfeldig bevegelse.
Dette kan være en indikasjon på at AGN i sentrum av M77 hadde en voldsom historie, som kan omfatte sammenslåing med en liten galakse i fortiden. Kort sagt indikerer teamets observasjoner at galaktiske fusjoner kan ha en betydelig innvirkning på hvordan AGN-er danner og oppfører seg. I så måte gir observasjonene av M77s torus allerede ledetråder om galakas historie og evolusjon.
Studiet av SMBH er, selv om det er intensivt, også veldig utfordrende. På den ene siden er den nærmeste SMBH (Sagitarrius A *) relativt stille, med bare en liten mengde gass som ligger på den. Samtidig ligger den i sentrum av galaksen vår, der den blir tilslørt av inngripen i støv, gass og stjerner. Som sådan blir astronomer tvunget til å se til andre galakser for å studere hvordan SMBH-er og deres galakser sameksisterer.
Og takket være flere tiår med studier og forbedringer i instrumentering, begynner forskere å få et tydelig glimt av disse mystiske områdene for første gang. Ved å kunne studere dem i detalj, får astronomer også verdifull innsikt i hvordan slike massive sorte hull og deres ringede strukturer kunne eksistere sammen med galakser over tid.
