Badanie pyłu w pobliżu supermasywnych czarnych dziur
Co dzieje się głęboko w centrach aktywnych galaktyk, w pobliżu supermasywnych czarnych dziur żywiących się swoim otoczeniem? Nowe badania wykorzystują obserwacje w podczerwieni do zbadania tego wewnętrznego regionu w jednej z aktywnych galaktyk.
Wizja artystyczna przedstawiająca otoczenie supermasywnej czarnej dziury w sercu aktywnej galaktyki.
Źródło: ESO/M. Kornmesser
Ujednolicony obraz?
Wiemy, że aktywne jądra galaktyk (AGN) składają się z supermasywnej czarnej dziury akreującej otaczającą materię i świecą jasno w całym spektrum elektromagnetycznym. Jednak struktura gazu i pyłu wokół czarnej dziury, a także przyczyny różnych emisji, które obserwujemy, pozostają tematem dyskusji.
Dekady temu naukowcy zaproponowali, że AGN typu 1 i typu 2 – dwie różne kategorie galaktyk aktywnych o odmiennych właściwościach obserwacyjnych – mogą być tymi samymi obiektami widzianymi pod różnymi kątami. Ten schemat unifikacji opiera się na obecności torusa pyłowego – nadmuchanej struktury pyłowej w pobliżu czarnej dziury. W tym modelu torus przesłania wewnętrzny gaz wytwarzający linie emisyjne pod niektórymi kątami widzenia, zmieniając wygląd AGN w zależności od jego orientacji.
Jednak ostatnie badania w podczerwieni podważyły ten pogląd. Dzięki potężnym teleskopom pracującym w średniej podczerwieni, naukowcy przyjrzeli się bliżej wewnętrznym obszarom aktywnych galaktyk znajdujących się w odległościach kilkuset lat świetlnych – i zamiast ujawnić przesłaniający torus pyłu, obserwacje te pokazały polarne struktury pyłowe.
Poszukiwanie odległego pyłu
Jak można wyjaśnić te obserwacje? Teoretycy mają rozwiązanie: w modelu dysk-wiatr pył w pobliżu czarnej dziury ułożony jest w gorący, równikowy dysk, a nie torus. Ciśnienie promieniowania zdmuchuje część tego pyłu do chłodniejszego wiatru z biegunów, tworząc struktury polarne, które naukowcy widzieli w obserwacjach w średniej podczerwieni. Obserwacje pochodzą z dysku i obszaru startowego wiatru.
Dysk równikowy w tym modelu powinien leżeć w skałach zbyt małych, aby można go było wcześniej zaobserwować w średniej podczerwieni – ale pojawiło się nowe narzędzie. GRAVITY, instrument interferometryczny na interferometrze Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), działa w bliskiej podczerwieni. To czyni go idealnym instrumentem do poszukiwania bardzo gorącego pyłu, który mógłby znajdować się w dysku w sercu AGN.
W nowym badaniu kierowanym przez Jamesa Leftleya (Uniwersytet Southampton, Wielka Brytania; Uniwersytet Côte d'Azur, Francja; ESO, Chile), zespół naukowców wykorzystał GRAVITY do uzyskania obserwacji w bliskiej podczerwieni centrum ESO 323-G77, lokalnego AGN.
Dotarcie do sedna sprawy
Dzięki dokładnej analizie i modelowaniu, Leftley i jego współpracownicy interpretują swoje obserwacje w skalach mniejszych niż rok świetlny (dla obiektu odległego o setki mln lat świetlnych!). Wynik? Obserwacje w bliskiej podczerwieni potwierdzają istnienie rozszerzonego, wyrównanego równikowo dysku gorącego pyłu. Skala tego dysku starannie odpowiada rozmiarom przewidywanym przez modele dysk-wiatr.
Chociaż dane są wciąż zbyt skąpe i zaszumione, aby wykluczyć model torusa na korzyść modelu dysk-wiatr, obserwacje te stanowią ważny krok w zrozumieniu, w jaki sposób pył może być rozprowadzany w sercu aktywnych galaktyk.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
