"Enklawy spokoju" chronią cząsteczki wokół supermasywnych czarnych dziur.

Centralne części galaktyki M77 (NGC 1068) zaobserwowane teleskopami ALMA i HST. Na zółto zaznaczono cząsteczki cyjanoacetylenu (HC3N), na czerwono: monosiarczku węgla (CS), a na błękitno - tlenku węgla (CO). Podczas gdy HC3N jest powszechny w środkowych partiach galaktyki, CO znajduje się głównie w pierścieniu gwiazdotwórczym. Źródło: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), S. Takano et al., NASA/ESA Hubble Space Telescope and A. van der Hoeven
 
Naukowcy pracujący na interferometrze ALMA (ang. Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) odkryli obszary, w których pewne związki organiczne w jakiś sposób nie poddają się działaniu intensywnego promieniowania z pobliża czarnej dziury w centrum galaktyki NGC 1068 (M77).
 
Takie złożone organiczne cząsteczki zbudowane na bazie węgla uważane są za łatwe do zniszczenia przez silnie promieniowanie rentgenowskie i ultrafioletowe - fotony, które bez większego trudu przenikają środowisko otaczające czarne dziury. Jednak nowe dane z ALMA wskazują na to, że również enklawy spokoju mogą występować w takich burzliwych rejonach - chronią one cząsteczki dzięki gęstym obszarom pyłu i gazu przed tym śmiercionośnym promieniowaniem.
 
Cząsteczki takie mówią nam wiele na temat środowiska galaktyk. Gaz międzygwiazdowy zawiera szeroką gamę cząsteczek, które różnią się znacznie w zależności od danego środowiska. Na przykład gorące i aktywne obszary formowania się gwiazd generują nieco inne cząsteczki niż chłodniejsze obszary gazu i pyłu. Pozwala to naukowcom na oszacowanie temperatury i gęstości takich różnorodnych obszarów na podstawie znajomośi ich składu chemicznego.
 
Przez wiele lat astronomowie badali emisję cząsteczek w otoczeniu supermasywnych czarnych dziur - zarówno w pobliżu obszarów formowania się gwiazd jak i otaczających je pierścieni złożonych z gazu i pyłu, znanych jako dyski jądrowe (ang. circumnuclear disks, CND), które zasilają czarną dziurę materią. Obszary te są istotne ze względu na ich powiązania z ewolucją galaktyk. Często jednak słabe promieniowanie radiowe poszukiwanych molekul czyni je trudnym do wykrycia.
 
ALMA śledzi te cząsteczki i pozwala naukowcom lepiej niż kiedykolwiek przdtem zbadać złożone otoczenia czarnych dziur. Zespół pod kierownictwem Shuro Takano z National Astronomical Observatory w Japonii i Taku Nakajima z Uniwersytetu w Nagoyi zaobserwował za jej pomocą spiralną galaktykę M77, znajdującą się około 47 milionów lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Wieloryba. Wiadomo, że galaktyka ta ma w centrum bardzo aktywną, supermasywną czarnę dziurę otoczoną dyskiem. A sam ten dysk otacza dodatkowo aktywny pod względem gwiazdowym pierścień o średnicy około 3500 lat świetlnych. Aby lepiej zbadać te regiony naukowcy wykorzystali moc interferometru ALMA w połączeniu z obserwacjami wykonanymi wcześniej 45-metrowym radioteleskopem w Nobeyamie.
 
Nowe dane wyraźnie wskazują na ciekawe właściwości rozkładu dziewięciu różnych cząsteczek organicznych w otaczającym czarną dziurę dysku i pierścieniu. Wykryto je przy użyciu zaledwie 16 anten ALMA, czyli około 1/4 całego interferometru.
 
Wyniki sugerują, że rozkłady cząstek organicznych różnią się w zależności od ich rodzaju. Tlenek wêgla (CO) znajduje się głównie w pierścieniu, natomiast pięć innych molekuł, w tym tak złożone cząsteczki organiczne jak cyjanoacetylen (HC3N) i acetonitryl (CH3CN) koncentrują się przede wszystkim w dysku. Dodatkowo monosiarczek węgla (CS) i metanol (CH3OH) znajdują się w dużych ilościach w obu tych obszarach. Naukowcy nie spodziewali się tam tych bardzo złożonych związków o dużej liczbie atomowej.
 
Gdy supermasywna czarna dziura pożera materię ze swego otoczenia, otaczający jπ dysk rozgrzewa się do ekstremalnie wysokich temperatur. Wówczas materia, z którego jest on zbudowany, emituje intensywne promieniowanie X i UV. Gdy cząsteczki złożone poddawane są takiemu promieniowaniu, ich wiązania łatwo pękają, a same cząsteczki są niszczone. Astronomowie zakładali więc, że obszary te były takich związków organicznych pozbawione. Obserwacje interferometrem ALMA pokazały jednak coś innego: wiele różnych bogatych związków tego rodzaju.
 
Naukowcy sądzą, że cząsteczki organiczne pozostają w obszarze dysku nietknięte, bowiem znajdują się tam ogromne ilości gazu, które działają niczym bariera dla promieniowania rentgenowskiego i fotonów ultrafioletowych, podczas gdy te same molekuły nie mogą przetrwać konfrontacji z takim promieniowaniem w obszarach formowania się gwiazd, gdzie zagęszczenie gazu jest znacznie niższe.

Cały artykuł: A multi-transition study of molecules toward NGC 1068 based on high-resolution imaging observations with ALMA

Liczba odsłon: 1291


Teleskopy ALMA. (Źródło: Wikimedia Commons)