Waarnemingen met hoge resolutie met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) brachten een roterende stoffige gastorus in beeld rond een actief superzwaar zwart gat. Het bestaan ​​van dergelijke roterende donuts-vormige structuren werd decennia geleden voor het eerst gesuggereerd, maar dit is de eerste keer dat dit zo duidelijk is bevestigd. Dit is een belangrijke stap in het begrijpen van de co-evolutie van superzware zwarte gaten en hun gastheerstelsels.

Bijna alle sterrenstelsels bevatten verborgen monsterlijke zwarte gaten in hun centrum. Onderzoekers weten al lang dat hoe massiever de melkweg is, hoe massiever het centrale zwarte gat is. Dit klinkt in eerste instantie redelijk, maar gastheerstelsels zijn 10 miljard keer groter dan de centrale zwarte gaten; het zou moeilijk moeten zijn voor twee objecten van zo'n enorm verschillende schaal om elkaar rechtstreeks te beïnvloeden. Dus hoe zou zo'n relatie zich kunnen ontwikkelen?

Om dit schimmige probleem op te lossen, een team van astronomen gebruikte de hoge resolutie van ALMA om het centrum van spiraalstelsel M 77 te observeren. Het centrale gebied van M 77 is een "actieve galactische kern, " of AGN, wat betekent dat materie krachtig naar het centrale superzware zwarte gat valt en intens licht uitstraalt. AGN's kunnen de omgeving sterk beïnvloeden, daarom zijn ze belangrijke objecten voor het oplossen van het mysterie van de co-evolutie van sterrenstelsels en zwarte gaten.

Het team bracht het gebied rond het superzware zwarte gat in M ​​77 in beeld en loste een compacte gasvormige structuur op met een straal van 20 lichtjaar. En, de astronomen ontdekten dat de compacte structuur rond het zwarte gat draait, zoals verwacht.

"Om verschillende waarnemingskenmerken van AGN's te interpreteren, astronomen zijn uitgegaan van roterende donutachtige structuren van stoffig gas rond actieve superzware zwarte gaten. Dit wordt het 'unified model' van AGN genoemd, " verklaarde Masatoshi Imanishi　 (Nationaal Astronomisch Observatorium van Japan), de hoofdauteur van een paper gepubliceerd in de Astrofysische journaalbrieven . "Echter, de stoffige gasvormige donut ziet er erg klein uit. Met de hoge resolutie van ALMA, nu kunnen we de structuur direct zien."

Veel astronomen hebben het centrum van M 77 eerder waargenomen, maar nog nooit was de rotatie van de gasdoughnut rond het zwarte gat zo duidelijk te zien. Naast de superieure resolutie van ALMA, de selectie van moleculaire emissielijnen om te observeren was de sleutel tot het onthullen van de structuur. Het team observeerde specifieke microgolfemissie van waterstofcyanidemoleculen (HCN) en formylionen (HCO+). Deze moleculen zenden alleen microgolven uit in dicht gas, terwijl het vaker waargenomen koolmonoxide (CO) onder verschillende omstandigheden microgolven uitzendt. Er wordt aangenomen dat de torus rond de AGN erg dicht is, en de strategie van het team was precies goed.

"Eerdere waarnemingen hebben de oost-west verlenging van de stoffige gasvormige torus aan het licht gebracht. De dynamiek die uit onze ALMA-gegevens naar voren komt, komt precies overeen met de verwachte rotatie-oriëntatie van de torus, ' zei Imanishi.

interessant, de distributie van gas rond het superzware zwarte gat is veel gecompliceerder dan wat een eenvoudig uniform model suggereert. De torus lijkt een asymmetrie te hebben en de rotatie volgt niet alleen de zwaartekracht van het zwarte gat, maar bevat ook zeer willekeurige bewegingen. Deze feiten kunnen erop wijzen dat de AGN een gewelddadige geschiedenis had, mogelijk inclusief een fusie met een klein sterrenstelsel. Hoe dan ook, de identificatie van de roterende torus is een belangrijke stap.

Het Melkwegstelsel, waar wij wonen, heeft ook een superzwaar zwart gat in het midden. Dit zwarte gat is echter, in een zeer rustige staat. Er komt maar een heel klein beetje gas op. Daarom, om een ​​AGN in detail te onderzoeken, astronomen moeten de centra van verre sterrenstelsels observeren. M77 is een van de dichtstbijzijnde AGN en een geschikt object om tot in detail in het centrum te kijken.