In den 1970er Jahren bestätigten Wissenschaftler, dass Funkemissionen aus dem Zentrum unserer Galaxie auf das Vorhandensein eines Supermassiven Schwarzen Lochs (SMBH) zurückzuführen sind. Dieses Merkmal befindet sich etwa 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt zwischen dem Sternbild Schütze und Skorpion und wurde als Schütze A * bekannt. Seit dieser Zeit haben Astronomen verstanden, dass die meisten massiven Galaxien ein SMBH in ihrem Zentrum haben.
Darüber hinaus haben Astronomen gelernt, dass Schwarze Löcher in diesen Galaxien von massiven rotierenden Torusen aus Staub und Gas umgeben sind, was für die Energie verantwortlich ist, die sie abgeben. Erst kürzlich konnte ein Team von Astronomen mit dem Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) ein Bild des rotierenden staubigen Gastors um das supermassereiche Schwarze Loch von M77 aufnehmen.
Die Studie, die ihre Ergebnisse detailliert beschreibt, erschien kürzlich in der Astronomische Tagebuchbriefe unter dem Titel „ALMA zeigt einen inhomogenen kompakten rotierenden dichten molekularen Torus am NGC 1068-Kern“. Die Studie wurde von einem Team japanischer Forscher des National Astronomical Observatory of Japan unter der Leitung von Masatoshi Imanishi mit Unterstützung der Kagoshima University durchgeführt.
Wie die meisten massiven Galaxien verfügt M77 über einen aktiven galaktischen Kern (Active Galactic Nucleus, AGN), in dem Staub und Gas auf seinem SMBH angesammelt werden, was zu einer höheren als der normalen Leuchtkraft führt. Seit einiger Zeit rätseln Astronomen über die merkwürdige Beziehung zwischen SMBHs und Galaxien. Während massereichere Galaxien größere SMBHs haben, sind Wirtsgalaxien immer noch 10 Milliarden Mal größer als ihr zentrales Schwarzes Loch.
Dies wirft natürlich Fragen auf, wie sich zwei Objekte mit sehr unterschiedlichen Maßstäben direkt gegenseitig beeinflussen könnten. Infolgedessen haben Astronomen versucht, AGN zu untersuchen, um festzustellen, wie sich Galaxien und Schwarze Löcher gemeinsam entwickeln. Für ihre Studie führte das Team hochauflösende Beobachtungen der Zentralregion von M77 durch, einer Barred-Spiral-Galaxie, die sich etwa 47 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt befindet.
Mit ALMA bildete das Team den Bereich um das Zentrum von M77 ab und konnte eine kompakte Gasstruktur mit einem Radius von 20 Lichtjahren auflösen. Wie erwartet stellte das Team fest, dass sich die kompakte Struktur um das zentrale Schwarze Loch der Galaxien drehte. Wie Masatoshi Imanishi in einer Pressemitteilung von ALMA erklärte:
„Um verschiedene Beobachtungsmerkmale von AGNs zu interpretieren, haben Astronomen rotierende Donut-ähnliche Strukturen aus staubigem Gas um aktive supermassive Schwarze Löcher angenommen. Dies wird als „einheitliches Modell“ von AGN bezeichnet. Der staubige gasförmige Donut sieht jedoch sehr klein aus. Mit der hohen Auflösung von ALMA können wir jetzt die Struktur direkt sehen. “
In der Vergangenheit haben Astronomen das Zentrum von M77 beobachtet, aber bisher konnte niemand den rotierenden Torus in seinem Zentrum auflösen. Möglich wurde dies durch die überlegene Auflösung von ALMA sowie die Auswahl molekularer Emissionslinien. Diese Emissionslinien umfassen Cyanwasserstoff (HCN) und Formylionen (HCO +), die Mikrowellen nur in dichtem Gas emittieren, sowie Kohlenmonoxid, das unter verschiedenen Bedingungen Mikrowellen emittiert.
Die Beobachtungen dieser Emissionslinien bestätigten eine weitere Vorhersage des Teams, wonach der Torus sehr dicht sein würde. "Frühere Beobachtungen haben die Ost-West-Dehnung des staubigen gasförmigen Torus gezeigt", sagte Imanishi. "Die aus unseren ALMA-Daten ermittelte Dynamik stimmt genau mit der erwarteten Rotationsorientierung des Torus überein."
Ihre Beobachtungen zeigten jedoch auch, dass die Verteilung von Gas um ein SMBH komplizierter ist als das, was ein einfaches einheitliches Modell nahelegt. Nach diesem Modell würde die Rotation des Torus der Schwerkraft des Schwarzen Lochs folgen; Aber was Imanishi und sein Team fanden, zeigte, dass Gas und Staub im Torus auch Anzeichen einer sehr zufälligen Bewegung aufweisen.
Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass die AGN im Zentrum von M77 eine gewalttätige Geschichte hatte, die in der Vergangenheit die Verschmelzung mit einer kleinen Galaxie beinhalten könnte. Kurz gesagt, die Beobachtungen des Teams deuten darauf hin, dass galaktische Fusionen einen erheblichen Einfluss auf die Bildung und das Verhalten von AGNs haben können. In dieser Hinsicht liefern ihre Beobachtungen des Torus von M77 bereits Hinweise auf die Geschichte und Entwicklung der Galaxie.
Das Studium von SMBHs ist zwar intensiv, aber auch sehr herausfordernd. Einerseits ist das nächstgelegene SMBH (Sagitarrius A *) relativ leise, und es sammelt sich nur eine geringe Menge Gas an. Gleichzeitig befindet es sich im Zentrum unserer Galaxie, wo es durch dazwischenliegenden Staub, Gas und Sterne verdeckt wird. Daher sind Astronomen gezwungen, auf andere Galaxien zu schauen, um zu untersuchen, wie SMBHs und ihre Galaxien nebeneinander existieren.
Und dank jahrzehntelanger Studien und Verbesserungen in der Instrumentierung erhalten Wissenschaftler zum ersten Mal einen klaren Einblick in diese mysteriösen Regionen. Indem Astronomen sie detailliert untersuchen können, erhalten sie auch wertvolle Einblicke, wie solche massiven Schwarzen Löcher und ihre Ringstrukturen im Laufe der Zeit mit ihren Galaxien koexistieren könnten.
