Pressmeddelande

Supermassivt svart hål avslöjat i en ring av kosmiskt stoft

16 februari 2022, Skurup

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.

 

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.

 

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.

 

Bruno Lopez vid Observatoire de la Côte d’Azur i Nice, Frankrike, är forskningsledare för MATISSE och en av medlemmarna i forskarlaget. Han menar att “Messier 77 är en viktigt prototyp för AGN-objekten och en fantastisk motivering för att expandera vårt observationsprogram, liksom för att optimera MATISSE och kunna studera ett större urval av AGN”.

 

ESO:s Extremely Large Telescope (ELT), som påbörjar observationer senare detta årtionde, kommer komplettera de aktuella studierna och möjliggöra studiet av samspelet mellan AGN-källorna och galaxerna.

 

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln “Thermal imaging of dust hiding the black hole in the Active Galaxy NGC 1068” (doi: 10.1038/s41586-021-04311-7) i tidskriften Nature.

 

Forskarlaget utgörs av Violeta Gámez Rosas (Leiden Observatory, Leiden University, Netherlands [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, Nederländerna; SRON, Netherlands Institute for Space Research, Nederländerna), 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, Nederländerna [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, Nederländerna [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, Österrike), 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, Australien [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), och Gerard Zins (ESO-Chile).

 

MATISSE designades, finansierades och byggdes, i samarbete med ESO, av ett konsortium av institut i Frankrike (J.-L. Lagrange Laboratory — INSU-CNRS — Côte d’Azur Observatory — University of Nice Sophia-Antipolis), Tyskland (MPIA, MPIfR and University of Kiel), Nederländerna (NOVA and University of Leiden) och Österrike (University of Vienna). Konkolyobservatoriet och Kölns universitet har också bidragit till utvecklingen av instrumentet.

 

Europeiska sydobservatoriet (ESO) möjliggör för astronomer världen över att utforska universums mysterier. Vi designar, konstruerar och driver markbaserade observatorier av yppersta världsklass – som astronomer använder för att besvara spännande och utmanande frågor och för att sprida astronomisk kunskap – och driver internationella samarbeten inom astronomin. ESO startade som en mellanstatlig organisation 1962 och har i dag 16 medlemsländer (Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike), tillsammans med Chile som värdland och Australien som en strategisk partner. ESO:s högkvarter och besökscenter med planetarium, ESO Supernova, ligger nära München i Tyskland, medan teleskopen är placerade i Atacamaöknen i Chile, en unik plats för astronomiska observationer. ESO driver tre observatorier i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope och Very Large Telescope Interferometer. Där finns även två kartläggningsteleskop: VISTA som arbetar i infrarött ljus och VLT Survey Telescope som observerar i synligt ljus. Vid Paranal kommer även ESO att placera och driva Cherenkov Telescope Array South, världens största och känsligaste gammastrålningsteleskop. Tillsammans med internationella partners driver ESO de två anläggningarna APEX och ALMA på Chajnantorplatån som observerar himlen i millimeter- och submillimetervåglängder. Vid Cerro Armazones, nära Paranal, bygger vi för närvarande ESO:s Extremely Large Telescope, ”världens största öga mot himlen”. Från kontoret i Santiago, Chile, stödjer vi verksamheten i landet och samverkar med det chilenska samhället och våra samarbetspartners.

Länkar

• Forskningsartikel
• Foton på VLT/VLTI
• För journalister: Prenumerera på pressmeddelanden under embargo på svenska
• För astronomer: Berätta om din forskning!

 

Kontakter

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

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

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

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

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso2203 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.