eso2203ru — Научный релиз

Найдена сверхмассивная чёрная дыра, прячущаяся в кольце космической пыли

16 февраля 2022 г.

На Очень Большом телескопе-интерферометре Европейской Южной обсерватории (VLTI ESO) наблюдалось облако космической пыли в центре галактики Мессье 77, внутри которого скрыта сверхмассивная чёрная дыра. Эти наблюдения подтверждают теоретическое предсказание, сделанное около 30 лет назад, и позволяют астрономам по-новому взглянуть на природу активных галактических ядер, которые относятся к наиболее ярким и загадочным объектам Вселенной.

Активные галактические ядра (AGN) – находящиеся в центрах некоторых галактик источники огромной энергии, порождаемой сверхмассивными чёрными дырами. Чёрные дыры поглощают гигантские количества космической пыли и газа. Но прежде, чем быть поглощённым, это вещество устремляется по спиральной траектории к чёрной дыре, выделяя при этом энергию, которая зачастую превосходит полную энергию, излучаемую всеми звёздами галактики.

Астрономы очень интересуются природой AGN – с тех самых пор, как эти яркие объекты были впервые обнаружены в 1950-х. И вот теперь, используя мощь VLTI ESO, группа исследователей под руководством Виолеты Гамез Росас (Violeta Gámez Rosas) из Лейденского университета в Нидерландах сделала решающий шаг к пониманию того, какие процессы в них происходят и как они выглядят вблизи. Результаты работы публикуются сегодня в журнале Nature.

Гамез Росас и её группа наблюдали центр галактики Мессье 77 (NGC 1068). Добившись исключительно высокого пространственного разрешения, они зарегистрировали плотное кольцо космической пыли и газа, скрывающее сверхмассивную чёрную дыру. Это открытие – ключевой аргумент в пользу выдвинутой 30 лет назад теории, известной как Единая модель AGN.

Астрономы знают, что существуют различные типы AGN. Некоторые из них порождают всплески радиоизлучения, в то время, как другие относятся к категории «радиоспокойных»; некоторые ярко сияют в видимых лучах; другие, такие, как Мессье 77, ведут себя более смирно. Согласно Единой модели, несмотря на эти различия, все AGN имеют одинаковую природу: это сверхмассивные чёрные дыры, окружённые плотным пылевым кольцом.

В рамках Единой модели все различия в наблюдательных проявлениях AGN объясняются их ориентацией, ракурсом, под которым мы видим чёрную дыру и её толстый диск с Земли. Тип, к которому мы относим то или иное AGN, зависит от того насколько пылевое кольцо загораживает чёрную дыру от нашего взгляда. В некоторых случаях она полностью скрыта слоем пыли.

Раньше астрономы уже находили свидетельства в пользу Единой модели, в частности, регистрируя горячую пыль в центре Мессье 77. Оставались, однако, сомнения в том, что пыль может полностью скрыть чёрную дыру и что этим можно объяснить, почему это AGN светится в видимых лучах менее ярко, чем другие.

“Истинная природа этих пылевых облаков, их роль как в подпитывании чёрной дыры веществом, так и в определении их видимости при наблюдении с Земли оставались центральными проблемами в исследованиях AGN на протяжении трёх последних десятилетий”,  рассказывает Гамез Росас. “И хоть единичный результат, конечно, не сможет дать ответ на все имеющиеся вопросы, мы сделали большой шаг к пониманию механизма работы AGN.”

Наблюдения удалось выполнить благодаря великолепным характеристикам многоапертурного спектрографа среднего инфракрасного диапазона MATISSE (Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment), установленного на ESO VLTI в чилийской пустыне Атакама. Приёмник MATISSE складывает инфракрасные световые потоки, собранные всеми четырьмя 8.2-метровыми телескопами комплекса Очень Большого телескопа ESO (VLT), применяя технику оптической интерферометрии. При помощи MATISSE группа провела сканирование центральной области галактики Мессье 77, расположенной в 47 миллионах световых лет от нас в созвездии Кита.

MATISSE работает в широком диапазоне инфракрасных волн, что позволяет нам видеть сквозь пыль и точно измерять температуру. VLTI – очень большой интерферометр, и его разрешения достаточно, чтобы увидеть, что происходит даже в таких далёких галактиках, как Мессье 77. Полученные нами изображения дают детальную информацию об изменении температуры и поглощения в пылевых облаках вокруг чёрной дыры”, – говорит соавтор работы Вальтер Яффе (Walter Jaffe), профессор Лейденского университета.

Соединяя информацию о вызванных интенсивным излучением из области чёрной дыры изменениях температуры пыли (от комнатной до 1200 °C) с картами поглощения, группа построила подробную картину распределения пыли и определила точку, в которой должна лежать чёрная дыра. Распределение пыли — толстое внутреннее кольцо и более протяжённый диск — с чёрной дырой в центре соответствует Единой модели. Для построения этой картины группа также воспользовалась данными, полученными на Атакамской Большой миллиметровой / субмиллиметровой антенной решётке, которую ESO эксплуатирует на партнёрских началах, и на Антенной решётке со сверхдлинной базой Национальной радиоастрономической обсерватории.

“Наши результаты должны привести к лучшему пониманию внутренних процессов в AGN”,  заключает Гамез Росас. “А ещё они могут помочь нам лучше понять историю Млечного Пути – в его центре находится сверхмассивная чёрная дыра, которая могла быть активной в прошлом.”  

Теперь исследователи собираются использовать VLTI ESO, чтобы найти другие подтверждения Единой модели AGN на большой выборке галактик.

Член группы Бруно Лопес (Bruno Lopez), научный руководитель проекта MATISSE из обсерватории Кот д’Азур в Ницце, во Франции, говорит: “Мессье 77 – важный прототип AGN, что даёт нам прекрасную мотивацию для расширения нашей наблюдательной программы и оптимизации MATISSE с целью анализа более широкой выборки AGN."

Чрезвычайно Большой телескоп ESO (ELT), первые наблюдения на котором планируются на конец десятилетия, также примет участие в этом поиске, дополнив находки группы исследованиями взаимодействия между AGN и их галактиками.

Узнать больше

Результаты работы представлены в статье “Thermal imaging of dust hiding the black hole in the Active Galaxy NGC 1068” (doi: 10.1038/s41586-021-04311-7), которая публикуется в журнале Nature.

Состав исследовательской группы: Violeta Gámez Rosas (Leiden Observatory, Leiden University, Netherlands [Leiden]), Jacob W. Isbell (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany [MPIA]), Walter Jaffe (Leiden), Romain G. Petrov (Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, France [OCA]), James H. Leftley (OCA), Karl-Heinz Hofmann (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany [MPIfR]), Florentin Millour (OCA), Leonard Burtscher (Leiden), Klaus Meisenheimer (MPIA), Anthony Meilland (OCA), Laurens B. F. M. Waters (Department of Astrophysics/IMAPP, Radboud University, the Netherlands; SRON, Netherlands Institute for Space Research, the Netherlands), 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, the Netherlands [ASTRON]), Thomas Henning (MPIA), Jean-Charles Augereau (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Institute for Planetary sciences and Astrophysics, France [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, The Netherlands [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, Germany), 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, France), 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, Germany [ESO]), Sebastian Wolf (Institute for Theoretical Physics and Astrophysics, University of Kiel, Germany), Gideon Yoffe (MPIA) и Gerard Zins (ESO-Chile).

Приёмник MATISSE был спроектирован, профинансирован и построен в тесном сотрудничестве с ESO консорциумом институтов Франции (Лаборатория Ж.-Л. Лагранжа — INSU-CNRS — обсерватория Кот д’Азур — университет Софии-Антиполис в Ницце), Германии (MPIA, MPIfR и университет в Киле), Нидерландов (NOVA и Лейденский университет) и Австрии (Венский университет). Поддержку в изготовлении инструмента оказали также обсерватория Конколи и Кёльнский университет.

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) даёт учёным всего мира возможность раскрывать тайны Вселенной на благо всего человечества. Мы проектируем, строим и эксплуатируем наземные обсерватории мирового уровня – в них астрономы исследуют важнейшие научные проблемы и распространяют в мире интерес к астрономии – а также способствуем международному астрономическому сотрудничеству. Основанная в 1962 году как межгосударственная организация, сегодня ESO объединяет 16 стран-участниц: Австрию, Бельгию, Великобританию, Германию, Данию, Ирландию, Испанию, Италию, Нидерланды, Польшу, Португалию, Финляндию, Францию, Чешскую Республику, Швейцарию и Швецию, а также Чили, предоставившую свою территорию для размещения обсерваторий ESO, и Австралию, её стратегического партнера. Штаб-квартира ESO, а также Общественный центр и планетарий «ESO Supernova» расположены близ Мюнхена в Германии, а наши телескопы установлены в чилийской пустыне Атакама, великолепном месте с уникальными условиями для наблюдений неба. ESO располагает тремя наблюдательными пунктами: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), способный работать в формате Очень Большого телескопа-интерферометра VLTI, и два широкоугольных телескопа: VISTA, выполняющий обзоры неба в инфракрасных лучах, и обзорный телескоп оптического диапазона VLT (VLT Survey Telescope). Кроме того, на Паранале ESO на правах партнера предоставила место для установки Южной Решетки черенковских телескопов (Cherenkov Telescope Array South), крупнейшей в мире и рекордной по чувствительности гамма-обсерватории. В качестве участника международного партнёрства ESO эксплуатирует два инструмента миллиметрового и субмиллиметрового диапазона на плато Чахнантор: APEX и ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, мы строим Чрезвычайно Большой Телескоп ELT -- «величайшее око человечества, устремленное в небо» . Офис ESO в Сантьяго, столице Чили, координирует нашу деятельность в этой стране и наше сотрудничество с чилийскими партнёрами и обществом. 

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +7-9112122130
Сотовый: +7-9112122130
Email: kirill.maslennikov1@gmail.com

Violeta Gámez Rosas
Leiden University
Leiden, the Netherlands
Телефон: +31 71 527 5737
Email: gamez@strw.leidenuniv.nl

Walter Jaffe
Leiden University
Leiden, the Netherlands
Телефон: +31 71 527 5737
Email: jaffe@strw.leidenuniv.nl

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

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

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6670
Сотовый: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso2203.

О релизе

Релиз №:eso2203ru
Название:M 77, Messier 77
Тип:Local Universe : Galaxy : Activity : AGN
Facility:Very Large Telescope Interferometer
Instruments:MATISSE
Science data:2022Natur.602..403G

Изображения

Галактика Мессье 77 и крупный план её активного центра
Галактика Мессье 77 и крупный план её активного центра
Крупный план активного ядра Мессье 77
Крупный план активного ядра Мессье 77
Галактика Мессье 77
Галактика Мессье 77
Активное ядро Мессье 77 глазами художника
Активное ядро Мессье 77 глазами художника
Активная галактика Messier 77 в созвездии Кита
Активная галактика Messier 77 в созвездии Кита
Широкоугольное изображение Messier 77
Широкоугольное изображение Messier 77

Видео

Раскрыто присутствие чёрной дыры в гигантском пылевом облаке (ESOcast Light 251)
Раскрыто присутствие чёрной дыры в гигантском пылевом облаке (ESOcast Light 251)
Активное ядро Мессье 77: художественная анимация
Активное ядро Мессье 77: художественная анимация
Единая модель активных ядер галактик
Единая модель активных ядер галактик