Hoppa till innehåll

Nr 8 2022

Supermassivt svart hål avslöjat i en ring av kosmiskt stoft

Veckans spektakulära ESO-nytt (hela pressmesset här): Det Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope Interferometer (ESO:s VLTI) har observerat ett moln av kosmiskt stoft i centrum av galaxen Messier 77 som döljer ett supermassivt svart hål. Resultaten bekräftar förutsägelser som gjordes för 30 år sedan och ger astronomerna en ny inblick i “aktiva galaxkärnor”, ett av de ljusaste och mest svårförstådda objekten i universum.

Aktiva galaxkärnor (AGN) är extremt energirika källor i centrum av vissa galaxer som får sin kraft från ett supermassivt svart hål. De svarta hålen suger åt sig stora mängder kosmiskt stoft och gas från omgivningen. Innan materialet försvinner in i det svarta hålet rör det sig i spiralformade banor och sänder samtidigt ut enorma mängder energi, ofta mer än alla stjärnor i galaxen tillsammans.

Den vänstra bilden visar den aktiva galaxen Messier 77 tagen med FORS2-instrumentet (FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph 2) på ESO:s Very Large Telescope. Den högra bilden visar en förstorad vy av galaxens innersta del, dess aktiva galakkärna, fångad med MATISSE-instrumentet på ESO:s Very Large Telescope Interferometer. Bildkällor: ESO/Jaffe, Gámez-Rosas et al.

* Astronomerna har varit intresserade av dessa ljusstarka AGN:s sedan de först upptäcktes på 1950-talet. Tack vare ESO:s VLTI har nu en forskargrupp under ledning av Violeta Gámez Rosas från Leidenuniversitetet i Nederländerna kommit ett steg närmare förståelsen av hur de fungerar och ser ut på nära håll. Forskningsresultaten publiceras i dag i tidskriften Nature.

* Med hjälp av exceptionellt detaljerade observationer av det centrala området i galaxen Messier 77, också känd som NGC 1068, har Gámez Rosas och hennes forskarlag upptäckt en tät ring av kosmiskt stoft och gas som gömmer ett supermassivt svart hål. Upptäckten ger starka bevis för en 30 år gammal teori känd som den “enhetliga modellen” (engelska Unified Model of AGNs).

* Ett flertal AGN-typer är kända, varav vissa utsänder skurar av radiovågor medan andra inte gör det; vissa lyser starkt i optiskt ljus med andra, som Messier 77, är betydligt svagare. Enligt den enhetliga modellen har alla AGN samma grundläggande struktur med ett supermassivt svart hål omgivet av en tät stoftring.

* Enligt modellen beror skillnaderna mellan olika AGN-typer på orienteringen av det svarta hålet och stoftringen sett från jorden. Typen beror på i vilken utsträckning ringen skymmer det svarta hålet och ibland gömmer det helt och hållet.

Denna bild, tagen med MATISSE-instrumentet på ESO:s Very Large Telescope Interferometer, visar den allra innersta regionen i den aktiva galaxen Messier 77. Aktiva galaxkärnor är mycket energirika källor som drivs av supermassiva svarta hål. Genom extremt högupplösta observationer av den aktiva galaxkärnan i denna galax kunde astronomer detektera en tät ring av kosmiskt stoft och gas som skymmer ett supermassivt svart hål. Den svarta pricken visar det svarta hålets troliga position och de två ellipserna visar storleken på den täta inre stoftringen (streckad) och den yttre stoftskivan.

Källa:ESO/Jaffe, Gámez-Rosas et al.

* Astronomer har funnit visst stöd för den enhetliga modellen tidigare, inklusive varmt stoft i centrum av Messier 77. Men det rådde fortfarande tveksamhet kring om detta stoftmoln helt kunde hindra strålningen från det svarta hålet och därför förklara varför vissa AGN är ljusare i synligt ljus än andra.

* “Stoftmolnens sanna natur och deras roll i förseln av material till det svarta hålet och deras påverkan på dess utseende från jorden har varit grundläggande frågor under de senaste tre årtiondena” förklarar Gámez Rosas. “Inget enskilt forskningsresultat kommer att ge svar på alla frågor vi har, men vi har nu tagit ett ordentligt kliv mot en bättre förståelse av hur AGN fungerar”.

Observationerna var möjliga tack vare MATISSE-instrumentet (Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment) på ESO:s VLTI, beläget i Atacamaöknen i Chile. MATISSE kombinerar infrarött ljus från de fyra 8,2 meter stora huvudteleskopen i ESO:s Very Large Telescope med hjälp av interferometri. Forskarna använde MATISSE för att studera centrum av Messier 77, en galax på 47 miljoner ljusårs avstånd i Valfiskens stjärnbild.

* “MATISSE kan studera ett stort våglängdsintervall i infrarött ljus vilket gör det möjligt att se genom stoftet och mäta temperaturen med stor noggrannhet. Eftersom VLT-teleskopen är utspridda över en stor yta får vi tillräckligt hög upplösning för att se vad som sker i galaxer på så stora avstånd som för Messier 77. De bilder vi erhöll visade förändringar i temperatur och absorption i stoftmolnen runt det svarta hålet” berättar Walter Jaffe, professor vid Leidenuniversitetet och medförfattare till studien.

* Genom att jämföra variationen i temperatur (cirka 20 till 1200 °C) som orsakas av den intensiva strålningen från det svarta hålet med kartor över absorptionen i området kunde forskarna skapa en detaljerad bild av stoftet, och kunde hitta den troliga platsen för det svarta hålet. Fördelningen av stoftet, med en tät inre ring omgiven av en mer utbredd skiva med det svarta hålet i mitten, bekräftar den enhetliga modellen. För att kunna konstruera en enhetlig bild använde astronomerna också data från Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, där ESO är en partner, och antennsystemet Very Long Baseline Array vid National Radio Astronomy Observatory.

* “Våra resultat borde leda till en bättre förståelse av hur AGN-källorna fungerar” avslutar Gámez Rosas. “De kan också ge en bättre förståelse av Vintergatans historia, vars centrala  supermassiva svarta hål kan ha varit aktivt för länge sedan”.

* Forskarna undersöker nu möjligheten att använda ESO:s VLTI för att finna ytterligare bevis för den enhetliga modellen genom att observera ett större urval av galaxer.

Lämna ett svar