I løbet af 1970'erne bekræftede videnskabsmænd, at radioemissioner fra centrum af vores galakse skyldtes tilstedeværelsen af et Supermassive Black Hole (SMBH). Beliggende omkring 26.000 lysår fra Jorden mellem Skytten og Skorpiuskonstellationen, blev denne funktion kendt som Skytten A *. Siden den tid har astronomer forstået, at de fleste massive galakser har en SMBH i deres centrum.
Hvad mere er, astronomer er kommet til at lære, at sorte huller i disse galakser er omgivet af massive roterende toruses af støv og gas, hvilket er hvad der står for den energi, de lægger ud. Imidlertid var det først for nylig, at et team af astronomer, der brugte Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), var i stand til at fange et billede af den roterende støvede gas torus omkring det supermassive sorte hul i M77.
Undersøgelsen, der beskriver deres fund for nylig, blev vist i undersøgelsen Astronomiske tidsskriftsbreve under titlen “ALMA afslører en inhomogen kompakt roterende tæt molekylær torus ved NGC 1068 Nucleus”. Undersøgelsen blev udført af et team af japanske forskere fra National Astronomical Observatory of Japan - ledet af Masatoshi Imanishi - med bistand fra Kagoshima University.
Som de fleste massive galakser har M77 en Active Galactic Nucleus (AGN), hvor støv og gas fanges på dens SMBH, hvilket fører til højere lys end normal lysstyrke. I nogen tid har astronomer forundret sig over det nysgerrige forhold, der findes mellem SMBHs og galakser. Mens massivere galakser har større SMBH, er værtsgalakser stadig 10 milliarder gange større end deres centrale sorte hul.
Dette rejser naturligvis spørgsmål om, hvordan to genstande med meget forskellige skalaer direkte kunne påvirke hinanden. Som et resultat har astronomer forsøgt at studere AGN for at bestemme, hvordan galakser og sorte huller udvikler sig. Af hensyn til deres undersøgelse gennemførte teamet i høj opløsning observationer af den centrale region M77, en spærret spiralgalakse beliggende omkring 47 millioner lysår fra Jorden.
Ved hjælp af ALMA afbildede teamet området omkring M77s centrum og var i stand til at løse en kompakt gasformig struktur med en radius på 20 lysår. Som forventet fandt holdet, at den kompakte struktur roterede omkring galaksernes centrale sorte hul. Som Masatoshi Imanishi forklarede i en ALMA-pressemeddelelse:
”For at fortolke forskellige observationsegenskaber ved AGN'er har astronomer antaget, at roterende donutlignende strukturer af støvet gas omkring aktive supermassive sorte huller. Dette kaldes den 'samlede model' af AGN. Den støvede gasformige doughnut er imidlertid meget lille i udseende. Med den høje opløsning af ALMA kan vi nu se strukturen direkte. ”
Tidligere har astronomer observeret centrum af M77, men ingen har været i stand til at løse den roterende torus i dens centrum indtil nu. Dette blev gjort muligt takket være den overordnede opløsning af ALMA såvel som udvælgelsen af molekylære emissionslinjer. Disse emissionslinier inkluderer brintcyanid (HCN) og formylioner (HCO +), der kun udsender mikrobølger i tæt gas, og kulilte - som udsender mikrobølger under forskellige betingelser.
Observationer af disse emissionslinjer bekræftede en anden forudsigelse fra teamet, som var, at torusen ville være meget tæt. ”Tidligere observationer har afsløret øst-vest-forlængelsen af den støvede gasformige torus,” sagde Imanishi. ”Den dynamik, der er afsløret fra vores ALMA-data, stemmer nøjagtigt med den forventede rotationsorientering af torusen.”
Imidlertid indikerede deres observationer også, at distributionen af gas omkring en SMBH er mere kompliceret end hvad en simpel samlet model antyder. I henhold til denne model ville drejningen af torus følge tyngdekraften i det sorte hul; men hvad Imanishi og hans team fandt indikerede, at gas og støv i torusen også udviser tegn på meget tilfældig bevægelse.
Dette kunne være en indikation af, at AGN i centrum af M77 havde en voldelig historie, som kunne omfatte fusion med en lille galakse i fortiden. Kort sagt viser holdets observationer, at galaktiske fusioner kan have en betydelig indflydelse på, hvordan AGN'er dannes og opfører sig. I denne henseende giver deres observationer af M77s torus allerede ledetråde til galaksens historie og udvikling.
Mens studiet af SMBH er intensivt, er det også meget udfordrende. På den ene side er den nærmeste SMBH (Sagitarrius A *) relativt stille, med kun en lille mængde gas, der ligger på den. Samtidig er den placeret i midten af vores galakse, hvor den er skjult af mellemliggende støv, gas og stjerner. Som sådan er astronomer tvunget til at se til andre galakser for at studere, hvordan SMBHs og deres galakser sameksisterer.
Og takket være årtiers undersøgelse og forbedringer i instrumentering begynder forskere at få et klart glimt af disse mystiske regioner for første gang. Ved at kunne studere dem detaljeret får astronomer også værdifuld indsigt i, hvordan sådanne massive sorte huller og deres ringede strukturer kunne eksistere sammen med deres galakser over tid.
