Lehdistötiedote

Supermassiivinen musta aukko jäi kiinni piileskelemästä kosmisessa pölyrenkaassa

16. helmikuuta 2022, Turku

Euroopan eteläisen observatorion Very Large Telescope Interferometer (ESO:n VLTI) on havainnut Messier 77 -galaksin keskellä olevan kosmisen pölypilven peittävän supermassiivisen mustan aukon taakseen. Tulokset ovat vahvistaneet noin 30 vuotta sitten tehdyt ennustukset ja selventävät tähtitieteilijöiden käsitystä ”aktiivisista galaksiytimistä”, jotka ovat maailmankaikkeuden kirkkaimpia ja hyvin arvoituksellisia kohteita.

Aktiiviset galaksiytimet (AGN) ovat voimakkaan energian lähteitä, joiden tehonlähteenä supermassiiviset mustat aukot toimivat. Niitä löytyy joidenkin galaksien keskustoista. Nämä mustat aukot syövät suuria määriä kosmista pölyä ja kaasua. Ennen häviämistään mustaan aukkoon, materiaali kiertyy kohti mustaa aukkoa ja tässä prosessissa vapautuu valtavia määriä energiaa, joka usein voittaa kaikki galaksin tähdet.

Tähtitieteilijät ovat tutkineet aktiivisesti AGN:iä siitä lähtien, kun nämä kirkkaat kohteet löydettiin 1950-luvulla. Tutkijaryhmä, jota johtaa Violeta Gámez Rosas Leidenin yliopistosta Alankomaista, on nyt ESO:n VLTI:n avulla lisännyt ymmärrystä siitä, miten ne toimivat ja miltä ne läheltä näyttävät. Tulokset julkaistaan tänään Nature-lehdessä.

Gámez Rosas ja hänen tiiminsä ovat tehneet poikkeuksellisen tarkkoja havaintoja galaksi Messier 77:n keskustasta, joka tunnetaan myös nimellä NGC 1068. He ovat havainneet paksun kosmisen pölyn ja kaasun renkaan piilottelevan supermassiivista mustaa aukkoa. Tämä löytö antaa tärkeitä lisätodisteita 30-vuotiaan teorian tueksi, joka tunnetaan nimellä AGN:n yhtenäismalli (Unified Model of AGNs).

Tähtitieteilijät ovat saaneet selville, että AGN:iä on erityyppisiä. Esimerkiksi, jotkut ovat voimakkaita radiosäteilijöitä, kun taas toiset eivät. Tietyt AGN:t ovat kirkkaita näkyvän valon alueella, kun taas toiset, kuten Messier 77, ovat himmeämpiä. Yhtenäismallin mukaan eroista huolimatta kaikilla AGN:llä on sama perusrakenne. Keskellä on supermassiivinen musta aukko, jota paksu pölyrengas ympäröi.

Tämän mallin mukaan AGN:ien välinen ulkoinen ero johtuu suunnasta, josta mustaa aukkoa ja sen paksua rengasta katsotaan. Näkemämme AGN-tyyppi riippuu siitä, kuinka paljon rengas peittää mustaa aukkoa tai joissakin tapauksissa piilottaa sen kokonaan.

Tähtitieteilijät ovat aiemmin löytäneet todisteita yhtenäismallin puolesta, kuten lämpimän pölyn havainnot Messier 77:n keskustasta. Havainnoista jäi kuitenkin epäilyksiä siitä, voisiko tämä pöly piilottaa taakseen mustan aukon kokonaan ja selittää siten, miksi tämä AGN on näkyvässä valossa himmeämpi kuin muut.

”AGN-tutkimuksissa viimeisten kolmen vuosikymmenen aikana keskeisiä kysymyksiä ovat olleet pölypilvien todellisen luonteen selvittäminen ja niiden rooli mustan aukon aktivoinnissa, sekä niiden olemuksen ja näkökulman välinen yhteys”, Gámez Rosas kertoi. ”Vaikka mikään yksittäinen tulos ei ratkaise kaikkia kysymyksiämme, olemme ottaneet merkittävän askeleen ymmärtääksemme, miten AGN:t toimivat.”

Havainnot tehtiin Chilen Atacaman autiomaassa sijaitsevalla ESO:n VLTI:hen asennetun Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment eli MATISSEn avulla. MATISSE hyödynsi ESO:n VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) kaikkia neljää 8,2-metristä teleskooppia, joiden avulla interferometriaksi kutsuttua tekniikkaa käyttäen infrapunavalo yhdistettiin ESO:n VLTI:llä. Tutkimusryhmä skannasi MATISSEn avulla 47 miljoonan valovuoden päässä Valaskalan tähdistössä sijaitsevaa Messier 77:n keskustaa.

”MATISSE havaitsee infrapuna-alueen aallonpituuksia laajalla alueella. Siten voimme nähdä pölyn läpi ja mitata lämpötiloja tarkasti. Koska VLTI on itse asiassa erittäin suuri interferometri, erotuskyky on erittäin hyvä ja pystymme näkemään, mitä jopa niin kaukana kuin Messier 77 olevilla galakseilla tapahtuu. Saamamme kuvat kertovat yksityiskohtaisesti mustan aukon ympärillä olevien pölypilvien lämpötilan ja absorption muutoksista", Leidenin yliopiston professori Walter Jaffe kertoi.

Yhdistämällä havainnot mustan aukon voimakkaan säteilyn aiheuttaman pölyn lämpötilan muutoksista (huoneenlämmöstä noin 1200° C: seen) absorptiokarttoihin, tutkimusryhmä sai rakennettua yksityiskohtaisen kuvan pölystä, minkä avulla mustan aukon paikka saatiin selville. Havainnot tiheän sisärenkaan ja laajemman kiekon pölystä, sekä kiekon keskellä olevasta mustasta aukosta tukevat AGNien yhtenäismallia. Tutkimusryhmä käytti ongelman ratkaisemissa apuna myös ESO:n yhteisomistuksessa olevan Atacama Large Millimeter/submillimeter Array -radioteleskoopin dataa ja National Radio Astronomy Observatoryn Very Long Baseline Arrayn havaintoja.

”Tuloksemme pitäisi johtaa parempaan ymmärrykseen AGNien sisäisestä toiminnasta”, Gámez Rosas totesi. ”Havainnot voivat myös auttaa meitä ymmärtämään paremmin Linnunradan menneisyyttä, jonka keskellä on myös supermassiivinen musta aukko, joka on saattanut olla aikaisemmin aktiivinen.”  

Tutkijat haluavat käyttää ESO:n VLTI:tä löytääkseen lisää todisteita AGN-yhtenäismallin puolesta tarkastelemalla suurempaa galaksiotosta.

Tutkimusryhmän jäsen Bruno Lopez ja MATISSEn johtava tutkija Observatoire de la Côte d'Azur Nizzassa Ranskassa, sanoi: ”Messier 77 on tärkeä AGN:ien malliesimerkki ja toimii loistavana motivaationa havainto-ohjelmamme laajentamiseksi ja sen avulla MATISSE voidaan optimoida laajemman AGN-otoksen havaintoihin.”

ESO:n Erittäin suuri kaukoputki (Extremely Large Telescope, ELT), joka aloittaa havaintonsa myöhemmin tällä vuosikymmenellä, tulee myös olemaan apuna tutkimuksissa, jotka täydentävät tutkimusryhmän havaintoja ja mahdollistavat AGN:ien ja galaksien välisen vuorovaikutuksen tutkimisen.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa: “Thermal imaging of dust hiding the black hole in the Active Galaxy NGC 1068” (doi: 10.1038/s41586-021-04311-7), joka julkaistaan Nature-lehdessä.

Tutkimusryhmässä mukana ovat olleet: Violeta Gámez Rosas (Leiden Observatory, Leiden University, Alankomaat [Leiden]), Jacob W. Isbell (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany [MPIA]), Walter Jaffe (Leiden), Romain G. Petrov (Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, Ranska [OCA]), James H. Leftley (OCA), Karl-Heinz Hofmann (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Saksa [MPIfR]), Florentin Millour (OCA), Leonard Burtscher (Leiden), Klaus Meisenheimer (MPIA), Anthony Meilland (OCA), Laurens B. F. M. Waters (Department of Astrophysics/IMAPP, Radboud University, Alankomaat; SRON, Netherlands Institute for Space Research, Alankomaat), Bruno Lopez (OCA), Stéphane Lagarde (OCA), Gerd Weigelt (MPIfR), Philippe Berio (OCA), Fatme Allouche (OCA), Sylvie Robbe-Dubois (OCA), Pierre Cruzalèbes (OCA), Felix Bettonvil (ASTRON, Dwingeloo, Alankomaat [ASTRON]), Thomas Henning (MPIA), Jean-Charles Augereau (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Institute for Planetary sciences and Astrophysics, Ranska [IPAG]), Pierre Antonelli (OCA), Udo Beckmann (MPIfR), Roy van Boekel (MPIA), Philippe Bendjoya (OCA), William C. Danchi (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA), Carsten Dominik (Anton Pannekoek Institute for Astronomy, University of Amsterdam, Alankomaat [API]), Julien Drevon (OCA), Jack F. Gallimore (Department of Physics and Astronomy, Bucknell University, Lewisburg, Pennsylvania, USA), Uwe Graser (MPIA), Matthias Heininger (MPIfR), Vincent Hocdé (OCA), Michiel Hogerheijde (Leiden; API), Josef Hron (Department of Astrophysics, University of Vienna, Itävalta), Caterina M.V. Impellizzeri (Leiden), Lucia Klarmann (MPIA), Elena Kokoulina (OCA), Lucas Labadie (1st Institute of Physics, University of Cologne, Saksa), Michael Lehmitz (MPIA), Alexis Matter (OCA), Claudia Paladini (European Southern Observatory, Santiago, Chile [ESO-Chile]), Eric Pantin (Centre d'Etudes de Saclay, Gif-sur-Yvette, France), Jörg-Uwe Pott (MPIA), Dieter Schertl (MPIfR), Anthony Soulain (Sydney Institute for Astronomy, University of Sydney, Australia [SIfA]), Philippe Stee (OCA), Konrad Tristram (ESO-Chile), Jozsef Varga (Leiden), Julien Woillez (European Southern Observatory, Garching bei München, Saksa [ESO]), Sebastian Wolf (Institute for Theoretical Physics and Astrophysics, University of Kiel, Saksa), Gideon Yoffe (MPIA), ja Gerard Zins (ESO-Chile).

MATISSE on suunniteltu, rahoitettu ja rakennettu tiiviissä yhteistyössä ESO:n kanssa Ranskassa toimivien instituuttien konsortion kanssa (J.-L. Lagrangen laboratorio - INSU-CNRS - Côte d'Azurin observatorio - Nizzan yliopisto Sophia-Antipolis), Saksa (MPIA, MPIfR ja Kielin yliopisto), Alankomaat (NOVA ja Leidenin yliopisto) ja Itävalta (Wienin yliopisto). Konkolyn observatorio ja Kölnin yliopisto ovat myös jonkin verran tukeneet instrumentin valmistusta.

Linkit

• Tutkimusartikkeli
• VLT/VLTI:n kuvia
• Median edustaja: Tilaa uutiskirje saadaksesi julkaisusulun alaiset uutiset omalla kielelläsi
• Tukija, onko sinulla kerrottavaa? Pitchaa oma tutkimuksesi!

Yhteystiedot

Violeta Gámez Rosas
Leiden University
Leiden, the Netherlands
Puh.: +31 71 527 5737
Sähköposti: gamez@strw.leidenuniv.nl

Walter Jaffe
Leiden University
Leiden, the Netherlands
Puh.: +31 71 527 5737
Sähköposti: jaffe@strw.leidenuniv.nl

Bruno Lopez
MATISSE Principal Investigator
Observatoire de la Côte d’ Azur, Nice, France
Puh.: +33 4 92 00 30 11
Sähköposti: Bruno.Lopez@oca.eu

Romain Petrov
MATISSE Project Scientist
Observatoire de la Côte d’ Azur, Nice, France
Puh.: +33 4 92 00 30 11
Sähköposti: Romain.Petrov@oca.eu

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6670
Matkapuhelin: +49 151 241 664 00
Sähköposti: press@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media