Астрономы засняли газопылевое кольцо вокруг черной дыры

Астрономы с помощью радиотелескопа ALMA впервые получили качественное изображение плотного газопылевого кольца, окружающего активную сверхмассивную черную дыру. Существование подобных структур было предсказано еще десятки лет назад, однако только теперь ученым удалось настолько четко их разглядеть. Открытие, о котором рассказывается в The Astrophysical Journal Letters, поможет лучше понять, как эволюционируют сверхмассивные черные дыры и галактики.

Сегодня известно, что в центре всех активных галактик находится сверхмассивная черная дыра, которая поглощает окружающее вещество. Согласно предсказаниям моделей, вокруг нее должно вращаться плотное газопылевое кольцо, диаметр которого может достигать нескольких парсек. Несмотря на то, что ранее астрономам удалось обнаружить признаки существования таких структур, полноценно изучить их физические, химические и динамические свойства до сих пор не представлялось возможным. Во многом это связано с тем, что газопылевые кольца имеют очень малый размер, а расстояние до них, наоборот, велико.

Команда астрономов под руководством Масатоши Иманиши (Masatoshi Imanishi) для наблюдений использовала интерферометр ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), состоящий из 66 высокоточных антенн. Инструмент работает в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне, и обладает крайне высокой чувствительностью и разрешением. Снимки, которые делает ALMA, оказываются в десять раз четче по сравнению со снимками «Хаббла», что позволяет разглядеть достаточно мелкие детали.

С помощью интерферометра ученые наблюдали за спиральной галактикой M77 в созвездии Кита. Она находится на расстоянии 47 миллионов световых лет от Земли. В ее центре исследователям удалось обнаружить компактную газовую структуру радиусом 20 световых лет. Эта структура, как и предполагали ученые, вращалась вокруг сверхмассивной черной дыры.

Открытие удалось совершить во многом благодаря тому, что астрономы регистрировали микроволновое излучение от молекул цианистого водорода (HCN) и формил-ионов (HCO+). По словам ученых, в отличие от молекул монооксида углерода (СО), цианистый водород и формил-ионы «светятся» в микроволновом диапазоне только если газовое облако имеет достаточную плотность. Так как тороидальная структура традиционно считается плотной, они выбрали в качестве цели именно эти молекулы.

Обнаруженное учеными газопылевое кольцо оказалось сложнее, чем предсказывают модели. Кроме асимметрии, астрономы также заметили неоднородное движение газа, которое не всегда управляется гравитацией черной дыры. По их мнению, в прошлом галактика M77 могла столкнуться с другим объектом, например небольшой галактикой, что объясняет наблюдаемые особенности.

Телескоп ALMA помог ученым сделать немало других интересных открытий. Благодаря ему, астрономам удалось заснять галактики перед слиянием и момент их столкновения, поверхности далеких звезд и рождающиеся вокруг них планеты. Также ALMA недавно присоединился к проекту Event Horizon Telescope, в рамках которого телескопы по всему миру наблюдают за ближайшими окрестностями черной дыры в центре Млечного Пути.

Кристина Уласович