במהלך שנות השבעים אישרו מדענים כי פליטת הרדיו שמגיעה ממרכז הגלקסיה שלנו נבעה מנוכחותו של חור שחור סופר-מסיבי (SMBH). תכונה זו, שנמצאה כ- 26,000 שנות אור מכדור הארץ בין קשת לכוכב עקרב, נודעה בשם קשת A *. מאז אותה תקופה, האסטרונומים הבינו שלגלקסיות מסיביות ביותר יש SMBH במרכזם.
יתרה מזאת, אסטרונומים למדו שחורים שחורים בגלקסיות הללו מוקפים בתורונים מסתובבים אדירים של אבק וגז, וזה מה שמסביר לאנרגיה שהם מוציאים. עם זאת, רק לאחרונה הצליח צוות אסטרונומים, שמשתמש במערך אטקמה גדול מילימטר / תת-מילימטר (ALMA), לתפוס תמונה של טורוס הגז המאובק המסתובב סביב החור השחור העל-מסיבי של M77.
המחקר שמפרט את ממצאיהם הופיע לאחרונה במחקר מכתבי אסטרונומיה תחת הכותרת "ALMA חושף קומפקט בלתי הומוגני מסתובב טורוס מולקולרי צפוף בגרעין NGC 1068". המחקר נערך על ידי צוות חוקרים יפנים מהמצפה האסטרונומי הלאומי ביפן - בהובלת Masatoshi Imanishi - בסיוע אוניברסיטת קגושימה.
כמו רוב הגלקסיות המאסיביות, ל- M77 יש גרעין פעיל גלקטי (AGN), בו מוחברים אבק וגז על ה- SMBH שלו, מה שמוביל לזוהר גבוה מהרגיל. במשך זמן מה תמהו האסטרונומים על הקשר המוזר שקיים בין SMBHs לגלקסיות. בעוד שבגלקסיות מאסיביות יותר יש SMBHs גדולים יותר, הגלקסיות המארחות עדיין גדולות פי 10 מיליארד מהחור השחור המרכזי שלהן.
זה באופן טבעי מעלה שאלות לגבי האופן בו שני אובייקטים בסולם שונה בהרבה יכולים להשפיע ישירות זה על זה. כתוצאה מכך, אסטרונומים ניסו ללמוד AGN כדי לקבוע כיצד גלקסיות וחורים שחורים מתפתחים יחד. לצורך המחקר שערך הצוות תצפיות ברזולוציה גבוהה של האזור המרכזי של M77, גלקסיית ספירלה מסורגת שנמצאת כ- 47 מיליון שנות אור מכדור הארץ.
באמצעות ALMA הצוות צילם את האזור סביב מרכז M77 והצליח לפתור מבנה גזי קומפקטי ברדיוס של 20 שנות אור. כצפוי, הצוות מצא כי המבנה הקומפקטי מסתובב סביב החור השחור המרכזי של הגלקסיות. כפי שהסביר Masatoshi Imanishi בהודעה לעיתונות של ALMA:
"כדי לפרש מאפיינים תצפיתיים שונים של AGNs, אסטרונומים הניחו מבנים דמויי סופגנייה של גז מאובק סביב חורים שחורים סופר-מסיביים. זה נקרא 'המודל המאוחד' של AGN. עם זאת, הסופגניה הגזים המאובקים היא זעירה מאוד במראה. עם הרזולוציה הגבוהה של ALMA, כעת אנו יכולים לראות ישירות את המבנה. "
בעבר, אסטרונומים צפו במרכז M77, אך איש לא הצליח לפתור את הטורוס המסתובב במרכזו עד כה. זה התאפשר הודות לרזולוציה המעולה של ALMA, כמו גם לבחירת קווי פליטות מולקולריות. קווי פליטה אלה כוללים מימן ציאניד (HCN) ויוני פורמיל (HCO +), הפולטים מיקרוגלים רק בגז צפוף, ופחמן חד חמצני - שפולט מיקרוגל בתנאים מגוונים.
התצפיות על קווי פליטה אלה אישרו תחזית נוספת שנעשתה על ידי הצוות, והיא שהטורוס יהיה צפוף מאוד. "תצפיות קודמות חשפו את התארכות מזרחית-מערבית של טורוס הגזים המאובק", אמר אימנשי. "הדינמיקה שנחשפה מנתוני ALMA שלנו מסכימה בדיוק עם הכיוון הסיבובי הצפוי של הטורוס."
עם זאת, התצפיות שלהם גם העידו כי התפלגות הגז סביב SMBH מורכבת יותר ממה שמודל אחיד פשוט מציע. על פי מודל זה, סיבובו של הטורוס היה עוקב אחר כוח המשיכה של החור השחור; אך מה שמצא אימאנשי וצוותו, העיד כי גז ואבק בטורוס מראים גם סימנים לתנועה אקראית ביותר.
אלה יכולים להיות אינדיקציה לכך של- AGN במרכז M77 הייתה היסטוריה אלימה, שיכולה לכלול מיזוג עם גלקסיה קטנה בעבר. בקצרה, תצפיות הצוות מצביעות על כך שמיזוגים גלקטיים עשויים להשפיע באופן משמעותי על אופן התנהגותם של AGN. מבחינה זו, התצפיות שלהם על טורוס ה- M77 כבר מספקים רמזים לתולדות הגלקסיה והתפתחותה.
המחקר של SMBHs, אף שהוא אינטנסיבי, הוא גם מאתגר מאוד. מצד אחד, ה- SMBH הקרוב ביותר (Sagitarrius A *) שקט יחסית, ורק כמות קטנה של גז מונחת עליו. במקביל הוא ממוקם במרכז הגלקסיה שלנו, שם הוא מוסווה על ידי התערבות אבק, גז וכוכבים. מכיוון שכך, אסטרונומים נאלצים לפנות לגלקסיות אחרות כדי ללמוד כיצד קיימים שיתופי פעולה של SMBH וגלקסיותיהם.
ותודות לעשרות שנות מחקר ושיפורים במכשור, המדענים מתחילים לקבל הצצה ברורה לאזורים המסתוריים הללו לראשונה. בכך שהם יכולים ללמוד אותם בפירוט, אסטרונומים זוכים גם לתובנה חשובה כיצד חורים שחורים מסיביים כאלה והמבנים הטבעתיים שלהם יכולים להתקיים יחד עם הגלקסיות שלהם לאורך זמן.
