Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1970, οι επιστήμονες επιβεβαίωσαν ότι οι ραδιοεκπομπές που προέρχονται από το κέντρο του γαλαξία μας οφείλονταν στην παρουσία μιας υπερμεγέθους Μαύρης Τρύπας (SMBH). Βρίσκεται περίπου 26.000 έτη φωτός από τη Γη μεταξύ του αστερισμού του Τοξότη και του Σκορπιού, αυτό το χαρακτηριστικό έγινε γνωστό ως Τοξότης Α *. Από τότε, οι αστρονόμοι έχουν καταλάβει ότι οι περισσότεροι μαζικοί γαλαξίες έχουν SMBH στο κέντρο τους.
Επιπλέον, οι αστρονόμοι έχουν μάθει ότι οι μαύρες τρύπες σε αυτούς τους γαλαξίες περιβάλλονται από τεράστιους περιστρεφόμενους δακτυλίους σκόνης και αερίου, κάτι που αντιπροσωπεύει την ενέργεια που εκπέμπουν. Ωστόσο, μόλις πρόσφατα μια ομάδα αστρονόμων, χρησιμοποιώντας το Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), μπόρεσαν να συλλάβουν μια εικόνα του περιστρεφόμενου σπειροειδούς δακτυλίου αερίου γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του M77.
Η μελέτη που περιγράφει λεπτομερώς τα ευρήματά τους εμφανίστηκε πρόσφατα στο Astronomical Journal Letters κάτω από τον τίτλο «Η ALMA αποκαλύπτει έναν ανομοιογενή συμπαγή περιστρεφόμενο πυκνό μοριακό τόξο στον πυρήνα NGC 1068». Η μελέτη διεξήχθη από μια ομάδα Ιαπώνων ερευνητών από το Εθνικό Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Ιαπωνίας - με επικεφαλής τον Masatoshi Imanishi - με τη βοήθεια του Πανεπιστημίου Kagoshima.
Όπως οι περισσότεροι μαζικοί γαλαξίες, το M77 έχει έναν ενεργό γαλαξιακό πυρήνα (AGN), όπου η σκόνη και το αέριο αυξάνονται στο SMBH του, οδηγώντας σε υψηλότερη από την κανονική φωτεινότητα. Για αρκετό καιρό, οι αστρονόμοι προβληματίστηκαν για την περίεργη σχέση που υπάρχει μεταξύ των SMBH και των γαλαξιών. Ενώ οι πιο μαζικοί γαλαξίες έχουν μεγαλύτερους SMBH, οι γαλαξίες-ξενιστές είναι ακόμη 10 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτεροι από την κεντρική μαύρη τρύπα τους.
Αυτό εγείρει φυσικά ερωτήματα σχετικά με το πώς δύο αντικείμενα από πολύ διαφορετικές κλίμακες θα μπορούσαν να επηρεάσουν άμεσα το ένα το άλλο. Ως αποτέλεσμα, οι αστρονόμοι έχουν επιδιώξει να μελετήσουν το AGN είναι να προσδιορίσουν πώς συνυπάρχουν οι γαλαξίες και οι μαύρες τρύπες. Για χάρη της μελέτης τους, η ομάδα πραγματοποίησε παρατηρήσεις υψηλής ανάλυσης της κεντρικής περιοχής του M77, ενός φραγμένου σπειροειδούς γαλαξία που βρίσκεται περίπου 47 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη.
Χρησιμοποιώντας το ALMA, η ομάδα απεικόνισε την περιοχή γύρω από το κέντρο του M77 και κατάφερε να επιλύσει μια συμπαγή αέρια δομή με ακτίνα 20 ετών φωτός. Όπως αναμενόταν, η ομάδα διαπίστωσε ότι η συμπαγής κατασκευή περιστρέφεται γύρω από την κεντρική μαύρη τρύπα των γαλαξιών. Όπως εξήγησε ο Masatoshi Imanishi σε δελτίο τύπου της ALMA:
«Για την ερμηνεία διαφόρων παρατηρητικών χαρακτηριστικών των AGN, οι αστρονόμοι έχουν αναλάβει περιστρεφόμενες ντόνατ δομές σκόνης αερίου γύρω από ενεργές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Αυτό ονομάζεται «ενοποιημένο μοντέλο» του AGN. Ωστόσο, το σκονισμένο αέριο ντόνατ έχει πολύ μικρή εμφάνιση. Με την υψηλή ανάλυση του ALMA, τώρα μπορούμε να δούμε άμεσα τη δομή. "
Στο παρελθόν, οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει το κέντρο του M77, αλλά κανείς δεν μπόρεσε να επιλύσει τον περιστρεφόμενο δακτύλιο στο κέντρο του μέχρι τώρα. Αυτό έγινε εφικτό χάρη στην ανώτερη ανάλυση του ALMA, καθώς και στην επιλογή των γραμμών μοριακών εκπομπών. Αυτές οι γραμμές εκπομπών περιλαμβάνουν κυανιούχο υδρογόνο (HCN) και ιόντα φορμυλίου (HCO +), τα οποία εκπέμπουν μικροκύματα μόνο σε πυκνό αέριο, και μονοξείδιο του άνθρακα - το οποίο εκπέμπει μικροκύματα υπό διάφορες συνθήκες.
Οι παρατηρήσεις αυτών των γραμμών εκπομπών επιβεβαίωσαν μια άλλη πρόβλεψη που έκανε η ομάδα, η οποία ήταν ότι ο δακτύλιος θα ήταν πολύ πυκνός. «Προηγούμενες παρατηρήσεις αποκάλυψαν την επιμήκυνση ανατολής-δύσης του σκονισμένου αέριου στροφίου», δήλωσε ο Imanishi. «Η δυναμική που αποκαλύπτεται από τα δεδομένα ALMA συμφωνεί ακριβώς με τον αναμενόμενο περιστροφικό προσανατολισμό του στροφίου.
Ωστόσο, οι παρατηρήσεις τους έδειξαν επίσης ότι η διανομή αερίου γύρω από μια SMBH είναι πιο περίπλοκη από ό, τι προτείνει ένα απλό ενοποιημένο μοντέλο. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, η περιστροφή του δακτυλίου θα ακολουθούσε τη βαρύτητα της μαύρης τρύπας. αλλά αυτό που βρήκε ο Imanishi και η ομάδα του έδειξαν ότι το αέριο και η σκόνη στον σπείρα εμφανίζουν επίσης σημάδια πολύ τυχαίας κίνησης.
Αυτά θα μπορούσαν να είναι μια ένδειξη ότι το AGN στο κέντρο του M77 είχε μια βίαιη ιστορία, η οποία θα μπορούσε να περιλαμβάνει τη συγχώνευση με έναν μικρό γαλαξία στο παρελθόν. Εν ολίγοις, οι παρατηρήσεις της ομάδας δείχνουν ότι οι γαλαξιακές συγχωνεύσεις μπορεί να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στον τρόπο με τον οποίο οι AGN σχηματίζονται και συμπεριφέρονται. Από αυτή την άποψη, οι παρατηρήσεις τους για το M77s torus παρέχουν ήδη ενδείξεις για την ιστορία και την εξέλιξη του γαλαξία.
Η μελέτη των SMBHs, αν και εντατική, είναι επίσης πολύ δύσκολη. Από τη μία πλευρά, το πλησιέστερο SMBH (Sagitarrius A *) είναι σχετικά αθόρυβο, με μόνο μια μικρή ποσότητα αερίου να συσσωρεύεται. Ταυτόχρονα, βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία μας, όπου κρύβεται από τη μεσολάβηση σκόνης, αερίου και αστεριών. Ως εκ τούτου, οι αστρονόμοι αναγκάζονται να κοιτάξουν σε άλλους γαλαξίες για να μελετήσουν πώς συνυπάρχουν οι SMBH και οι γαλαξίες τους.
Και χάρη σε δεκαετίες μελέτης και βελτιώσεων στην οργάνωση, οι επιστήμονες αρχίζουν να βλέπουν για πρώτη φορά αυτές τις μυστηριώδεις περιοχές. Με τη δυνατότητα να τις μελετήσουν λεπτομερώς, οι αστρονόμοι αποκτούν επίσης πολύτιμη εικόνα για το πώς τέτοιες τεράστιες μαύρες τρύπες και οι δακτυλιοειδείς δομές τους θα μπορούσαν να συνυπάρχουν με τους γαλαξίες τους με την πάροδο του χρόνου.
