eso2203nb — Pressemelding

Supermassivt svart hull funnet bortgjemt i en ring av kosmisk støv

16. februar 2022

European Southern Observatorys Very Large Telescope Interferometer (ESOs VLTI) har observert en sky av kosmisk støv i sentrum av galaksen Messier 77 som skjuler et supermassivt svart hull. Funnene har bekreftet forutsigelser gjort for rundt 30 år siden og gir astronomer ny innsikt i «aktive galaksekjerner», noen av de mest lyssterke og gåtefulle objektene i universet.

Aktive galaksekjerner (active galactic nuclei, forkortet AGN) er ekstremt energirike kilder drevet av supermassive svarte hull og som finnes i sentrum av noen galakser. Disse svarte hullene lever av store mengder kosmisk støv og gass. Før dette materialet blir spist opp, går det i spiraler inn mot det svarte hullet. Enorme mengder energi frigjøres i prosessen, noe som får AGN-er til å lyse sterkere enn alle stjernene i galaksen til sammen.

Astronomer har vært nysgjerrige på AGN-er helt siden de først oppdaget disse lyssterke objektene på 1950-tallet. Nå, takket være ESOs VLTI, har et team av forskere, ledet av Violeta Gámez Rosas fra Leiden University i Nederland, tatt et viktig skritt nærmere å forstå hvordan de fungerer og hvordan de ser ut på nært hold. Resultatene publiseres i Nature i dag.

Ved å gjøre usedvanlig detaljerte observasjoner av sentrum av galaksen Messier 77, også kjent som NGC 1068, oppdaget Gámez Rosas og teamet hennes en tykk ring av kosmisk støv og gass som skjuler et supermassivt svart hull. Denne oppdagelsen gir viktig bevis for å støtte en 30 år gammel teori kjent som Unified Model of AGNs («Enhetlig modell for AGN-er»).

Astronomer vet at det finnes forskjellige typer AGN-er. For eksempel slipper noen ut utbrudd av radiobølger mens andre ikke gjør det; enkelte AGN-er skinner sterkt i synlig lys, mens andre, som Messier 77, er mer dempet. Den enhetlige modellen sier at til tross for forskjellene deres, har alle AGN-er den samme grunnleggende strukturen: Et supermassivt svart hull omgitt av en tykk ring av støv.

I følge denne modellen skyldes forskjellen i utseende til forskjellige AGN-er rett og slett vinkelen vi ser det svarte hullet og dets tykke ring i fra Jorda. Hvilken type AGN vi ser avhenger av hvor mye ringen skjuler det svarte hullet fra vårt utkikkspunkt, eller i noen tilfeller skjuler det fullstendig.

Astronomer har tidligere funnet noen bevis for å støtte en enhetlig modell, inkludert observasjonen av varmt støv i sentrum av Messier 77. Det var imidlertid fortsatt tvil om hvorvidt dette støvet fullstendig kunne skjule et svart hull og dermed forklare hvorfor denne AGN-en skinner mindre sterkt i synlig lys enn andre svarte hull.

«Den virkelige naturen til støvskyene og deres rolle i både å mate det svarte hullet og bestemme hvordan det ser ut når det ses fra Jorda, har vært sentrale spørsmål i AGN-studier de siste tre tiårene», forklarer Gámez Rosas. «Selv om intet enkeltstående forskningsresultat vil besvare alle spørsmålene vi har, har vi tatt et stort skritt videre for å forstå hvordan AGN-er fungerer.»

Observasjonene var mulige takket være instrumentet Multi AperTure mid-infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE) montert på ESOs VLTI, som ligger i Atacamaørkenen i Chile. MATISSE kombinerte infrarødt lys samlet av alle de fire 8,2 meter store teleskopene til ESOs Very Large Telescope (VLT) ved å bruke en teknikk som kalles interferometri. Teamet brukte MATISSE til å skanne sentrum av Messier 77, som ligger 47 millioner lysår unna i stjernebildet Hvalfisken (Cetus).

«MATISSE kan se et bredt spekter av infrarøde bølgelengder, noe som lar oss se gjennom støvet og nøyaktig måle temperaturer. Fordi VLTI faktisk er et veldig stort interferometer, har vi oppløsningen til å se hva som skjer selv i galakser som er så langt unna som Messier 77. Bildene vi tok viser endringene i temperatur og absorpsjon av støvskyene rundt det svarte hullet», sier medforfatter Walter Jaffe, professor ved Universitetet i Leiden.

Ved å kombinere endringene i støvtemperaturen (fra rundt romtemperatur til ca. 1200 °C) forårsaket av den intense strålingen fra det svarte hullet, med absorpsjonskartene, bygde teamet opp et detaljert bilde av støvet og fant ut hvor det svarte hullet måtte ligge. Støvet – som består av en tykk indre ring og en mer utvidet skive – med det svarte hullet plassert i midten, støtter den enhetlige modellen. Teamet brukte også data fra Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, medeid av ESO, og National Radio Astronomy Observatorys Very Long Baseline Array for å konstruere bildet deres.

«Våre resultater burde lede til en bedre forståelse av hva som foregår i det indre til AGN-er», konkluderer Gámez Rosas. «De kan også hjelpe oss å bedre forstå historien til Melkeveien, som har et supermassivt svart hull i sentrum som kan ha vært aktivt i fortiden.»

Forskerne ser nå på å bruke ESOs VLTI for å finne flere støttende bevis på den enhetlige AGN-modellen ved å se på et større utvalg av galakser.

Teammedlem Bruno Lopez, MATISSE-hovedforsker ved Observatoire de la Côte d'Azur i Nice i Frankrike, sier: «Messier 77 er en viktig AGN-prototype og en fantastisk motivasjon for å utvide vårt observasjonsprogram og for å optimere MATISSE for å takle et bredere utvalg av AGN-er.»

ESOs Extremely Large Telescope (ELT), som skal begynne å observere senere dette tiåret, vil også hjelpe med letingen, og gi resultater som vil utfylle teamets funn og tillate dem å utforske samspillet mellom AGN-er og galakser.

Mer informasjon

Denne studien ble presentert i den vitenskapelige artikkelen «Thermal imaging of dust hiding the black hole in the Active Galaxy NGC 1068» (doi: 10.1038/s41586-021-04311-7) i tidsskriftet Nature.

Teamet består av Violeta Gámez Rosas (Leiden Observatory, Leiden University, Nederland [Leiden]), Jacob W. Isbell (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Tyskland [MPIA]), Walter Jaffe (Leiden), Romain G. Petrov (Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, Frankrike [OCA]), James H. Leftley (OCA), Karl-Heinz Hofmann (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Tyskland [MPIfR]), Florentin Millour (OCA), Leonard Burtscher (Leiden), Klaus Meisenheimer (MPIA), Anthony Meilland (OCA), Laurens B. F. M. Waters (Department of Astrophysics/IMAPP, Radboud University, Nederland; SRON, Netherlands Institute for Space Research, Nederland), 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, Nederland [ASTRON]), Thomas Henning (MPIA), Jean-Charles Augereau (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Institute for Planetary sciences and Astrophysics, Frankrike [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, Nederland [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, Østerrike), Caterina M.V. Impellizzeri (Leiden), Lucia Klarmann (MPIA), Elena Kokoulina (OCA), Lucas Labadie (1st Institute of Physics, University of Cologne, Tyskland), 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, Frankrike), Jörg-Uwe Pott (MPIA), Dieter Schertl (MPIfR), Anthony Soulain (Sydney Institute for Astronomy, University of Sydney, Australia [SIfA]), Philippe Stee (OCA), Konrad Tristram (ESO-Chile), Jozsef Varga (Leiden), Julien Woillez (European Southern Observatory, Garching bei München, Tyskland [ESO]), Sebastian Wolf (Institute for Theoretical Physics and Astrophysics, University of Kiel, Tyskland), Gideon Yoffe (MPIA) og Gerard Zins (ESO-Chile).

MATISSE ble designet, finansiert og bygget i nært samarbeid med ESO, av et konsortium sammensatt av institutter i Frankrike (J.-L. Lagrange Laboratory — INSU-CNRS — Côte d'Azur Observatory — University of Nice Sophia-Antipolis), Tyskland (MPIA, MPIfR og University of Kiel), Nederland (NOVA og University of Leiden) og Østerrike (University of Wien). Konkoly-observatoriet og Köln-universitetet har også gitt litt støtte til produksjonen av instrumentet.

European Southern Observatory (ESO) gjør det mulig for forskere over hele verden å oppdage universets hemmeligheter – til fordel for alle. Vi designer, bygger og drifter bakkeobservatorier i verdensklasse. Disse bruker astronomer til å takle spennende vitenskapelige spørsmål og spre fascinasjonen for astronomi, og fremme internasjonalt samarbeid innen astronomi. ESO ble etablert som en mellomstatlig organisasjon i 1962, og støttes i dag av 16 medlemsland (Østerrike, Belgia, Tsjekkia, Danmark, Frankrike, Finland, Tyskland, Irland, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Sverige, Sveits og Storbritannia), sammen med vertsstaten Chile og med Australia som strategisk partner. ESOs hovedkvarter og dets besøkssenter og planetarium, ESO Supernova, ligger nær München i Tyskland, mens den chilenske Atacama-ørkenen, et fantastisk sted med unike forhold for å observere himmelen, er vert for teleskopene våre. ESO driver tre observasjonssteder: La Silla, Paranal og Chajnantor. Hos Paranal driver ESO Very Large Telescope og Very Large Telescope Interferometer, samt to kartleggingsteleskoper: VISTA som observerer i infrarødt lys og VLT Survey Telescope for synlig lys. På Paranal vil ESO også være vertskap for og drifte Cherenkov Telescope Array South, verdens største og mest følsomme gammastrålingsobservatorium. Sammen med internasjonale partnere driver ESO APEX og ALMA på Chajnantor, to anlegg som observerer himmelen i millimeter- og submillimeterområdet. På Cerro Armazones, nær Paranal, bygger vi «verdens største øye mot himmelen» – ESOs Extremely Large Telescope. Fra våre kontorer i Santiago i Chile støtter vi våre operasjoner i landet og samarbeider med chilenske partnere og det chilenske samfunnet.

Linker

Kontakter

Maria Hammerstrøm (oversetter & norsk pressekontakt)
Universitetet i Oslo
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

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

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

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

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

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

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso2203 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso2203nb
Navn:M 77, Messier 77
Type:Local Universe : Galaxy : Activity : AGN
Facility:Very Large Telescope Interferometer
Instruments:MATISSE
Science data:2022Natur.602..403G

Bilder

Galaksen Messier 77 og nærbilde av dens aktive sentrum
Galaksen Messier 77 og nærbilde av dens aktive sentrum
Nærbilde av den aktive galaksekjernen til Messier 77
Nærbilde av den aktive galaksekjernen til Messier 77
Den blendende galaksen Messier 77
Den blendende galaksen Messier 77
Illustrasjon av den aktive galaksekjernen til Messier 77
Illustrasjon av den aktive galaksekjernen til Messier 77
Den aktive galaksen Messier 77 i stjernebildet Hvalfisken
Den aktive galaksen Messier 77 i stjernebildet Hvalfisken
Galaksen Messier 77 (bakkebasert bilde)
Galaksen Messier 77 (bakkebasert bilde)

Videoer

ESOcast Light 251: Avdekking av et svart hull i en enorm støvsky
ESOcast Light 251: Avdekking av et svart hull i en enorm støvsky
Animasjon av den aktive galaksekjernen til Messier 77
Animasjon av den aktive galaksekjernen til Messier 77
En enhetlig modell for aktive galaksekjerner
En enhetlig modell for aktive galaksekjerner