eso2203hu — Tudományos közlemények

Nagyon nagy tömegű fekete lyuk kozmikus porgyűrű mögött rejtőzve

2022. február 16.

Az Európai Déli Obszervatóriumban a Nagyon Nagy Távcső Interferométerével (ESO VLTI) egy, a Messier 77 galaxis közepén lévő, kozmikus por alkotta felhőt figyeltek meg, amely egy nagyon nagy tömegű fekete lyukat rejt. Az eredmények 30 évvel ezelőtti jóslatokat bizonyítanak, és új betekintést adnak a csillagászoknak az univerzum legfényesebb és legrejtélyesebb objektumai közé tartozó aktív galaxismagokba.

Az aktív galaxismagok (active galactic nuclei, AGN) nagyon nagy tömegű fekete lyukak által működtetett extrém nagy energiájú források, és egyes galaxisok központjaiban találhatóak. Ezek a fekete lyukak nagy mennyiségű kozmikus porral és gázzal táplálkoznak. Mielőtt bekapná, ez az anyag a fekete lyuk felé spirálozódik, és óriási mennyiségű energia szabadul fel a folyamat során, gyakran túlragyogva a galaxis összes csillagát. 

A csillagászok azóta kíváncsiak az AGN-ekre, amióta először megpillantották ezeket a fényes objektumokat az 1950-es években. Most, az ESO VLTI-nek köszönhetően, a holland Leideni Egyetem munkatársa, Violeta Gámez Rosas vezette kutatócsoport fontos lépést tett, hogy megértsük, hogyan működnek és hogyan néznek ki testközelből. Az eredményeket ma közölték a Nature tudományos folyóiratban.

Azáltal, hogy a Messier 77 (más néven NGC 1068) galaxis középpontjáról rendkívül részletes megfigyeléseket végeztek, Gámez Rosas és csapata kozmikus porból és gázból álló vastag gyűrűt detektált, amely egy nagyon nagy tömegű fekete lyukat rejt. Ez a felfedezés létfontosságú bizonyítékot jelent az AGN-ek egyesített modelljének 30 éves elméletéhez. 

A csillagászok az AGN-ek különböző típusait ismerik. Például egyesek rádióhullámokat bocsátanak ki, míg mások nem; bizonyos AGN-ek látható fényben fényesek, míg mások, mint például a Messier 77, inkább visszafogottabbak. Az agyesített modell azt állítja, hogy különbségeik ellenére az összes AGN-nek ugyanaz az alapstruktúrája: egy nagyon nagy tömegű fekete lyuk, körülötte egy vastag porgyűrű.

E modell szerint az AGN-ek megjelenése közti különbséget az okozza, hogy a Földről a fekete lyukat és a vastag gyűrűjét különböző irányokból látjuk. Hogy milyen típusú AGN-t látunk, függ attól, hogy a mi nézőpontunkból a gyűrű a fekete lyukat mennyire homályosítja, bizonyos esetekben rejti el teljesen. 

A csillagászok már korábban is találtak bizonyítékokat az egyesített modell alátámasztására, például meleg port észleltek a Messier 77 közepén. Azonban továbbra is kétséges volt, hogy ez a por teljesen el tudna-e takarni egy fekete lyukat, ezáltal megmagyarázva, hogy látható fényben miért kevésbé fényes ez az AGN, mint a többi. 

„A porfelhők valódi természete és szerepük a fekete lyuk táplálásában és annak megállapítása, hogyan néznek ki a Földről, központi kérdések az AGN-ekkel kapcsolatos tanulmányokban az utolsó három évtizedben” – magyarázza Gámez Rosas. „Habár egyetlen eredmény sem válaszolja meg az összes kérdésünket, jelentős lépést tettünk az AGN-ek működésének megértésében.”

A megfigyelések a chilei Atacama-sivatagban lévő ESO VLTI-re felszerelt Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE) nevű műszerrel történtek. A MATISSE az interferometria nevű eljárással az ESO Nagyon Nagy Távcsövének (VLT) mind a négy 8,2 méteres távcsöve által gyűjtött infravörös fényt kombinálja. A csapat a MATISSE-t használta a Cet csillagképben, 47 millió fényévre lévő Messier 77 központjának vizsgálatára.

 „A MATISSE az infravörös hullámhosszak széles tartományát látja, ami lehetővé teszi, hogy átlássunk a poron, és pontosan mérjünk hőmérsékletet. Mivel a VLTI valójában egy nagy interferométer, a felbontás olyan jó, hogy láthatjuk, mi történik az olyan messze lévő galaxisokban, mint a Messier 77. A képek, amelyeket készítettünk, részletesen feltárják a hőmérséklet változását és a fekete lyuk körüli porfelhők elnyelését.” – mondta Walter Jaffe, a tanulmány társszerzője, a Leideni Egyetem professzora.

A fekete lyuk intenzív sugárzása által okozott porhőmérséklet-változást (szobahőmérséklettől nagyjából 1200 °C-ig) az abszorpciós térképekkel kombinálva, a csapat részletes képet alkotott a porról, és hogy hol kell elhelyezkednie a fekete lyuknak. A por — egy vastag belső gyűrűben és egy jóval kiterjedtebb korongban — a fekete lyukkal a közepén támogatja az egyesített modellt. A csapat az ESO Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, továbbá a National Radio Astronomy Observatory Very Long Baseline Array adatait is használta, hogy elkészíthessék a képet.

„Az eredményeink az AGN-ek belső működésének jobb megértéséhez vezethetnek.” — foglalta összeGámez Rosas. „A Tejútrendszer történetének jobb megismeréséhez is segíthetnek, galaxisunk ugyanis tartalmaz egy nagyon nagy tömegű fekete lyukat a közepén, amely egykor aktív lehetett.”

A kutatók most arra törekednek, hogy az ESO VLTI-t használva az AGN-ek egyesített modelljének helyességét igazoló további bizonyítékokat találjanak, galaxisok nagyobb mintáját használva.

A franciaországi Nizzában lévő Observatoire de la Côte d’Azur-nál dolgozó Bruno Lopez, a kutatócsapat tagja, a MATISSE vezető kutatója, azt mondja: „A Messier 77 az AGN-ek fontos prototípusa és csodálatos motiváció arra, hogy a megfigyelési programunkat kiterjesszük, és az AGN-ek nagyobb mintáját használva optimalizáljuk a MATISSE-t.”

Az ESO Extrém Nagy Távcsöve (ELT), amely még ebben az évtizedben kezdi meg működését, szintén segíteni fog a keresésben, hogy olyan eredményeket biztosítson, amelyek a csapat eredményeit kiegészítik, és lehetővé teszik számukra az AGN-ek és a gazdagalaxisuk közötti kölcsönhatások feltárását.     

További információ

Ez a kutatás „Thermal imaging of dust hiding the black hole in the Active Galaxy NGC 1068” címmel (doi: 10.1038/s41586-021-04311-7) a Nature című folyóiratban jelent meg.

A csapat tagjai: Violeta Gámez Rosas (Leiden Observatory, Leiden University, Hollandia [Leiden]), Jacob W. Isbell (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Németország [MPIA]), Walter Jaffe (Leiden), Romain G. Petrov (Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, Franciaország [OCA]), James H. Leftley (OCA), Karl-Heinz Hofmann (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Németország [MPIfR]), Florentin Millour (OCA), Leonard Burtscher (Leiden), Klaus Meisenheimer (MPIA), Anthony Meilland (OCA), Laurens B. F. M. Waters (Department of Astrophysics/IMAPP, Radboud University, Hollandia; SRON, Netherlands Institute for Space Research, Hollandia), Bruno Lopez (OCA), Stéphane Lagarde (OCA), Gerd Weigelt (MPIfR), Philippe Berio (OCA), Fatme Allouche (OCA), Sylvie Robbe-Dubois (OCA), Pierre Cruzalèbes (OCA), Felix Bettonvil (ASTRON, Dwingeloo, Hollandia [ASTRON]), Thomas Henning (MPIA), Jean-Charles Augereau (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Institute for Planetary sciences and Astrophysics, Franciaország [IPAG]), Pierre Antonelli (OCA), Udo Beckmann (MPIfR), Roy van Boekel (MPIA), Philippe Bendjoya (OCA), William C. Danchi (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA), Carsten Dominik (Anton Pannekoek Institute for Astronomy, University of Amsterdam, Hollandia [API]), Julien Drevon (OCA), Jack F. Gallimore (Department of Physics and Astronomy, Bucknell University, Lewisburg, Pennsylvania, USA), Uwe Graser (MPIA), Matthias Heininger (MPIfR), Vincent Hocdé (OCA), Michiel Hogerheijde (Leiden; API), Josef Hron (Department of Astrophysics, University of Vienna, Austria), Caterina M.V. Impellizzeri (Leiden), Lucia Klarmann (MPIA), Elena Kokoulina (OCA), Lucas Labadie (1st Institute of Physics, University of Cologne, Németország), Michael Lehmitz (MPIA), Alexis Matter (OCA), Claudia Paladini (European Southern Observatory, Santiago, Chile [ESO-Chile]), Eric Pantin (Centre d'Etudes de Saclay, Gif-sur-Yvette, Franciaország), Jörg-Uwe Pott (MPIA), Dieter Schertl (MPIfR), Anthony Soulain (Sydney Institute for Astronomy, University of Sydney, Ausztrália [SIfA]), Philippe Stee (OCA), Konrad Tristram (ESO-Chile), Varga József  (Leiden), Julien Woillez (European Southern Observatory, Garching bei München, Germany [ESO]), Sebastian Wolf (Institute for Theoretical Physics and Astrophysics, University of Kiel, Németország), Gideon Yoffe (MPIA), Gerard Zins (ESO-Chile).

A MATISSE-t francia (INSU-CNRS Párizsban és az OCA Nizzában, egyben a műszert vezető csoport intézete), német (MPIAMPIfR és Kieli Egyetem), holland (NOVA és Leideni Egyetem), valamint osztrák (Bécsi Egyetem) intézmények konzorciuma tervezte, finanszírozta és építette, szoros együttműködésben az ESO-val. Az ELKH CSFK KonkolyThege Miklós Csillagászati Intézete és a Kölni Egyetem szintén támogatást nyújtott a műszer gyártásában.

Az Európai Déli Obszervatórium (ESO) a világ összes tudósa számára lehetővé teszi az Univerzum titkainak mindenki javát szolgáló kutatását. A legkorszerűbb földfelszíni obszervatóriumokat tervezi, építi és üzemelteti, amelyek segítségével a csillagászok nem csak izgalmas kérdésekre keresik a válaszokat, de egyre több érdeklődőt vonnak a csillagászat bűvkörébe is, mindezt széles nemzetközi együttműködés keretében. Az 1962-ben kormányközi szervezetként létrejött ESO ma 16 tagállam támogatásával működik. Ezek Ausztria, Belgium, a Cseh Köztársaság, Dánia, az Egyesült Királyság, Finnország, Franciaország, Hollandia, Írország, Lengyelország, Németország, Olaszország, Portugália, Spanyolország, Svájc és Svédország. Ezt a sort egészíti ki az ESO obszervatóriumainak befogadóországaként Chile, valamint stratégiai partnerként Ausztrália. Az ESO főhadiszállása, látogatóközpontja és planetáriuma, az ESO Supernova Németországban, München közelében, míg a távcsövek a világ legjobb feltételeket kínáló észlelőhelyeinek egyikén, a chilei Atacama-sivatagban működnek. Az ESO három észlelőhelyet tart fenn, ezek La Silla, Paranal és Chajnantor. Paranalon működik a Nagyon Nagy Távcső (VLT) és annak interferométere (VLTI), valamint két égboltfelmérő távcső, az infravörös hullámhossztartományban dolgozó VISTA és a látható tartományban érzékeny VLT Égboltfelmérő Távcső. Szintén a Paranalon fogja elhelyezni és üzemeltetni az ESO a Déli Cserenkov Távcsőrendszert (CTAS), a világ legnagyobb és legérzékenyebb gammasugárzás-obszervatóriumát. Nemzetközi partnereivel együttműködésben az ESO két, a milliméteres és a szubmilliméteres tartományban érzékeny berendezést is üzemeltet, az APEX antennát és az ALMA antennarendszert a Chajnantor-fennsíkon. Paranal közelében, a Cerro Armazones csúcson pedig már épül a világ „égre néző legnagyobb szeme”, az ESO Rendkívül Nagy Távcső (ELT). Az összes telephely napi működésének támogatását, valamint a kapcsolattartást a chilei partnerekkel és a társadalommal az ESO santiagói irodái segítik Chile fővárosában.

Linkek

 

Kapcsolat

Violeta Gámez Rosas
Leiden University
Leiden, the Netherlands
Telefon: +31 71 527 5737
E-mail: gamez@strw.leidenuniv.nl

Walter Jaffe
Leiden University
Leiden, the Netherlands
Telefon: +31 71 527 5737
E-mail: jaffe@strw.leidenuniv.nl

Bruno Lopez
MATISSE Principal Investigator
Observatoire de la Côte d’ Azur, Nice, France
Telefon: +33 4 92 00 30 11
E-mail: Bruno.Lopez@oca.eu

Romain Petrov
MATISSE Project Scientist
Observatoire de la Côte d’ Azur, Nice, France
Telefon: +33 4 92 00 30 11
E-mail: Romain.Petrov@oca.eu

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Telefon: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Connect with ESO on social media

Ez az ESO eso2203 sz. sajtóközleményének fordítása

A sajtóközleményről

Közlemény száma:eso2203hu
Név:M 77, Messier 77
Típus:Local Universe : Galaxy : Activity : AGN
Facility:Very Large Telescope Interferometer
Instruments:MATISSE
Science data:2022Natur.602..403G

Képek

A Messier 77 galaxis és aktív központjának közelképe
A Messier 77 galaxis és aktív központjának közelképe
A Messier 77 aktív galaxismagjának közelképe
A Messier 77 aktív galaxismagjának közelképe
A ragyogó Messier 77 galaxis
A ragyogó Messier 77 galaxis
A Messier 77 aktív galaxismagjának művészi ábrázolása
A Messier 77 aktív galaxismagjának művészi ábrázolása
A Messier 77 galaxis a Cet csillagképben
A Messier 77 galaxis a Cet csillagképben
Messier 77 körüli ég nagy látószögből
Messier 77 körüli ég nagy látószögből

Videók

Egy óriási porfelhőben lévő fekete lyuk feltárása (ESOcast Light 251)
Egy óriási porfelhőben lévő fekete lyuk feltárása (ESOcast Light 251)
A Messier 77 aktív galaxismagjának művészi animációja
A Messier 77 aktív galaxismagjának művészi animációja
Az aktív galaxismagok egyesített modellje
Az aktív galaxismagok egyesített modellje