Sciencemag.cz
Doporučujeme
Rozdíly ve vzhledu aktivních jader galaxií vznikají díky různé orientaci, ve které ze Země pozorujeme černou díru a její prstenec.
Pomocí interferometru VLTI pracujícího na Evropské jižní observatoři astronomové zkoumali oblak prachu v centru galaxie M77, který ukrývá superhmotnou černou díru. Pozorování přispěla k potvrzení 30 let staré předpovědi a přináší vědcům nový pohled do nitra aktivních jader galaxií, která patří k nejjasnějším a nejzáhadnějším objektům ve vesmíru.
V srdci některých galaxií se nacházejí aktivní jádra (Active galactic nuclei, AGNs), která jsou mimořádně vydatnými zdroji energie. Její produkci pohání superhmotná černá díra přitahující obrovské množství prachu a plynu. Předtím než je hmota pohlcena, sestupuje po spirále směrem do černé díry. Přitom uvolňuje značné množství energie a často tak přezáří všechny hvězdy mateřské galaxie.
Od 50. let 20. století, kdy byly tyto jasně zářící objekty objeveny, představují aktivní jádra galaxií pro astronomy výzvu. Nyní se týmu vědců pod vedením Violety Gámez Rosas (Leiden University, Nizozemí) podařilo díky interferometru VLTI (Very Large Telescope Interferometer) dosáhnout klíčového pokroku, který umožní pochopit, jak tyto objekty fungují a jak vypadají zblízka. Výsledky studie byly publikovány v prestižním vědeckém časopise Nature.
Při mimořádně detailním pozorování centra galaxie M77 (Messier 77, NGC 1068) členové týmu detekovali hustý prstenec prachu a plynu, který černou díru zcela zakrývá. Objev poskytl důkazy ukazující na správnost 30 let staré teorie, která je známá jako standardní model aktivních galaktických jader (Unified Model of AGNs).
Astronomové rozlišují tři různé typy aktivních galaktických jader. Některá například vysílají pulsy rádiového záření, jiná jasně září ve viditelném světle anebo jsou naopak našemu pohledu skryta, podobně jako to v centru galaxie M77. Standardní model však předpokládá, že přes tyto vnější rozdíly mají všechna aktivní galaktická jádra stejnou strukturu: jedná se o superhmotnou černou díru obklopenou hustým prstencem prachu.
Podle tohoto modelu vznikají veškeré rozdíly ve vzhledu aktivních jader galaxií díky různé orientaci, ve které ze Země pozorujeme černou díru a její prstenec. Typ jádra, který vidíme, závisí na tom, jak výrazně z našeho úhlu pohledu prstenec zakrývá černou díru, přičemž v některých případech ji může zcela zahalit.
Astronomové již v minulosti nalezli řadu indicií podporujících tento standardní model včetně objevu teplého prachu v centru galaxie M77. Stále však panovaly pochyby, zda takový oblak může zcela zahalit černou díru a vysvětlit tím, proč toto aktivní jádro září ve viditelném světle méně než jiná.
„Skutečná povaha oblaků prachu i jejich role jednak při zásobování černé díry hmotou, ale také při utváření výsledného vzhledu objektu pozorovaného ze Země, byly jedněmi z hlavních otázek výzkumu aktivních galaktických jader v posledních třiceti letech,“ vysvětluje Violeta Gámez Rosas. „I když jeden výsledek nedokáže odpovědět na všechny naše otázky, udělali jsme důležitý krok k pochopení toho, jak aktivní jádra fungují.“
Pozorování byla provedena pomocí zařízení MATISSE (Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment) pro interferometr VLTI pracující na Observatoři Paranal v chilské poušti Atacama. Přístroj MATISSE technikou interferometrie zkombinoval infračervené paprsky sesbírané všemi čtyřmi dalekohledy ESO/VLT (Very Large Telescope) se zrcadly o průměru 8,2 m. Členové týmu ho využili k detailnímu průzkumu centra galaxie M77, která se nachází 47 milionů světelných let od nás, a na obloze ji naleznete v souhvězdí Velryby.
„MATISSE dokáže pracovat v široké oblasti infračerveného záření, což nám umožňuje částečně prohlédnout prachovými oblaky a přesně měřit teplotu. A jelikož VLTI je skutečně velký interferometr, měli jsme k dispozici rozlišení, které umožňuje detailně zkoumat i objekty v tak vzdálených galaxiích jako je M77. Snímky, které jsme získali, podrobně zachycují změny teploty a pohlcování záření oblakem prachu obklopujícím černou díru,“ popisuje spoluautor práce, profesor Walter Jaffe (Leiden University).
Kombinace pozorovaných změn teploty prachu (v rozmezí od pokojové teploty až do 1200 °C) způsobených intenzivním zářením přicházejícím z okolí černé díry s mapami absorpce členům týmu umožnila rekonstruovat detailní pohled na oblak prachu a určit, kde se musí nacházet černá díra. Uspořádání, kde prach tvoří hustý vnitřní disk a rozsáhlejší vnější disk okolo černé díry ležící uprostřed, podporuje standardní model. K rekonstrukci výsledného záběru členové týmu využili také data získaná observatořemi ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), jejímž evropským partnerem je ESO, a NRAO-VLBA (National Radio Astronomy Observatory’s Very Long Baseline Array).
„Výsledky naší práce by měly přinést lepší pochopení vnitřních procesů probíhajících v aktivních galaktických jádrech,“ dodává Violeta Gámez Rosas. „Také by mohly pomoci lépe porozumět vývoji naší Galaxie, protože ta má také ve svém středu superhmotnou černou díru, která mohla být v minulosti aktivní.“
Vědci nyní očekávají, že budou moci použít interferometr VLTI k nalezení dalších důkazů správnosti standardního modelu aktivních galaktických jader u většího množství galaxií.
Bruno Lopez (Observatoire de la Côte d’Azur, Nice), člen vědeckého týmu a vedoucí skupiny přístroje MATISSE, k tomu dodává: „M77 je významným prototypem galaxie s aktivním jádrem a pro nás představuje také velkou motivaci k rozšíření pozorovacího programu a další optimalizaci přístroje MATISSE tak, aby byl schopen prozkoumat rozsáhlejší vzorek aktivních galaktických jader.“
Budovaný velký dalekohled ESO/ELT (Extremely Large Telescope), který by měl zahájit vědecká pozorování ve druhé polovině tohoto desetiletí, se rovněž připojí k pátrání. Přinese informace, které doplní výsledky této práce a umožní vědcům zkoumat interakci mezi galaxiemi a jejich aktivními jádry.
Výzkum byl prezentování v článku “Thermal imaging of dust hiding the black hole in the Active Galaxy NGC 1068” (doi: 10.1038/s41586-021-04311-7), který byl publikován v časopise Nature.
