Observações de alta resolução com o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) geraram imagens de um toro de gás empoeirado em rotação em torno de um buraco negro supermassivo ativo. A existência de tais estruturas em forma de rosca rotativa foi sugerida pela primeira vez há décadas, mas esta é a primeira vez que um é confirmado tão claramente. Este é um passo importante na compreensão da coevolução de buracos negros supermassivos e suas galáxias hospedeiras.

Quase todas as galáxias possuem buracos negros monstruosos ocultos em seus centros. Os pesquisadores sabem há muito tempo que quanto maior a massa da galáxia, mais maciço é o buraco negro central. Isso parece razoável à primeira vista, mas as galáxias hospedeiras são 10 bilhões de vezes maiores do que os buracos negros centrais; deve ser difícil para dois objetos de escalas tão diferentes afetarem diretamente um ao outro. Então, como essa relação poderia se desenvolver?

Com o objetivo de resolver este problema sombrio, uma equipe de astrônomos utilizou a alta resolução do ALMA para observar o centro da galáxia espiral M77. A região central de M77 é um "núcleo galáctico ativo, "ou AGN, o que significa que a matéria está caindo vigorosamente em direção ao buraco negro supermassivo central e emitindo luz intensa. AGNs podem afetar fortemente o ambiente circundante, portanto, eles são objetos importantes para resolver o mistério da coevolução de galáxias e buracos negros.

A equipe fotografou a área ao redor do buraco negro supermassivo em M77 e resolveu uma estrutura gasosa compacta com um raio de 20 anos-luz. E, os astrônomos descobriram que a estrutura compacta está girando em torno do buraco negro, como esperado.

"Para interpretar várias características observacionais de AGNs, astrônomos assumiram estruturas giratórias semelhantes a anéis de gás empoeirado em torno de buracos negros supermassivos ativos. Isso é chamado de 'modelo unificado' de AGN, "explicou Masatoshi Imanishi (Observatório Astronômico Nacional do Japão), o autor principal em um artigo publicado no Cartas de jornal astrofísico . "Contudo, o donut gasoso empoeirado tem uma aparência muito pequena. Com a alta resolução do ALMA, agora podemos ver diretamente a estrutura. "

Muitos astrônomos já observaram o centro do M77 antes, mas nunca a rotação do donut de gás em torno do buraco negro foi vista tão claramente. Além da resolução superior do ALMA, a seleção das linhas de emissão molecular a serem observadas foi a chave para revelar a estrutura. A equipe observou a emissão específica de microondas de moléculas de cianeto de hidrogênio (HCN) e íons formil (HCO +). Essas moléculas emitem microondas apenas em gás denso, enquanto o monóxido de carbono (CO) mais freqüentemente observado emite microondas sob uma variedade de condições. O toro em torno do AGN é considerado muito denso, e a estratégia da equipe acertou em cheio.

"Observações anteriores revelaram o alongamento leste-oeste do toro gasoso empoeirado. A dinâmica revelada a partir de nossos dados do ALMA concorda exatamente com a orientação rotacional esperada do toro, "disse Imanishi.

Interessantemente, a distribuição de gás ao redor do buraco negro supermassivo é muito mais complicada do que sugere um modelo unificado simples. O toro parece ter uma assimetria e a rotação não segue apenas a gravidade do buraco negro, mas também contém um movimento altamente aleatório. Esses fatos podem indicar que o AGN teve uma história violenta, possivelmente incluindo uma fusão com uma pequena galáxia. No entanto, a identificação do toro em rotação é uma etapa importante.

A Via Láctea, Onde nos moramos, também tem um buraco negro supermassivo em seu centro. Este buraco negro é, Contudo, em um estado muito silencioso. Apenas uma pequena quantidade de gás está se acumulando nele. Portanto, para investigar um AGN em detalhes, os astrônomos precisam observar os centros de galáxias distantes. M77 é um dos AGN mais próximos e um objeto adequado para observar o centro em detalhes.