Центры крупных галактик содержат много горячего газа, по мнению теоретиков, не остывающего в течение десятков и сотен миллионов лет якобы потому, что он достаточно плотный. Теоретики так же измыслили, что холодный газ должен бы устремляться к центру. И этот охлаждающий поток газа должен вызывать массивные вспышки звезд вблизи центра галактики. Но в реальности этого нет, а то, что видят наблюдатели никак не укладывается в их теории. В реальности “чёрные дыры” постоянно выбрасывают мощные струи вещества в окружающий газ, сохраняя его горячим и из этих потоков интенсивно формируются звезды..
Новое исследование показало как “чёрные дыры” определяют состав химических веществ в своих галактиках. Исследование называется «Молекулярное содержание околоядерной области, окружающей активное галактическое ядро в NGC 1068, на основе исследования линий визуализации в диапазоне 3 мм с помощью ALMA». Оно опубликовано в The Astrophysical Journal, а ведущими авторами являются Тошики Сайто из Национальной астрономической обсерватории Японии и Таку Накадзима из Университета Нагои.
Пыль и газ закрывают нам доступ к центрам галактик, и чтобы заглянуть внутрь, нужны специальные наблюдательные способности. Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакамы (ALMA) представляет собой мощную группу из 66 радиотелескопов, которые работают вместе, чтобы создать впечатляющую наблюдательную мощность. Исследователи использовали ALMA, чтобы составить карту присутствия химических веществ в спиральной галактике с перемычкой NGC 1068, более известной как M77 или Галактика Кальмар. Они также использовали новую технику машинного обучения и нанесли на карту распределение 23 отдельных молекул.
Исследовательская группа сосредоточилась на двух частях NGC 1068: околоядерном диске и кольце звездообразования.
Кольцо звездообразования (SBR) является характерной особенностью некоторых галактик, где волны давления от ядра сталкиваются с газом, вызывая обильное звездообразование. Могут быть и другие причины звездообразования, включая слияние галактик или гравитационное взаимодействие с другими галактиками. NGC 1068 имеет кольцо звездообразования, и эту галактику также называют галактикой звездообразования.
Околоядерный диск (CND) — это кольцо молекулярного газа, вращающееся вокруг СМЧД. Астрофизики не уверены, как формируются эти структуры, стабильны они или преходящи. Но они могут содержать огромное количество материала. Черная дыра Млечного Пути, Sgr A*, содержит десятки тысяч солнечных масс. CND ближе к SMBH, чем к SBR.
Исследователи также идентифицировали в NGC 1068 две заметные узловатые структуры, которые они назвали «узел E» и «узел W», которые являются частями CND.
Исследователи нанесли на карту химические вещества в обоих регионах и обнаружили различное распределение различных химических веществ.
SMBH NGC 1068 испускает мощные полярные струи, которые, похоже, меняют химический состав. Окись углерода (CO) — обычная молекула в галактиках, и энергичные струи, похоже, разрушают ее. Его меньше в CND, который гораздо ближе к SMBH, чем к SBR.
Команда также обнаружила неожиданные концентрации цианистого водорода (HCN) в CND, что может быть результатом сильных толчков, вызывающих более высокие температуры. CND также содержал больше H13CN, SiO и H13СО+. И наоборот, CND содержал меньше цианида (CN), чем предсказывалось моделями, из-за сильного излучения. Несмотря на то, что мощное АЯГ намного ближе к CND, команда считает, что механические силы оказывают более сильное общее влияние на химию, чем рентгеновские лучи от АЯГ.
Исследователи также измерили фракционное содержание различных химических веществ, сравнив их с моносульфидом углерода (CS). Астрономы используют CS, потому что он является одним из лучших индикаторов плотного газа.
Исследования показывают, что содержание химических веществ в разных частях галактики различно. Даже узлы E и W имеют разное содержание.
Авторы говорят, что эта работа является первым обзором молекулярных линий с достаточно высоким разрешением, чтобы увидеть внутреннюю структуру CND в ядре хозяина АЯГ соседней галактики. NGC 1068 является частым объектом астрономических исследований из-за ее близости и яркости, однако впервые там был обнаружен монооксид кремния (SiO).
SiO важен в астрономии, потому что он является индикатором потрясений. Кремний присутствует в пылинках, и когда зерна сотрясаются, он соединяется с кислородом, образуя SiO. Ударные волны в галактиках сжимают, нагревают и ускоряют газ, что приводит к драматическим изменениям в химии. Удары ответственны за коллапс газовых облаков на дозвездные ядра, которые в конечном итоге становятся звездами.
Сверхмассивные чёрные дыры и целые центры галактик трудно наблюдать. Эти наблюдения ALMA представляют собой подробный взгляд на регион и его компоненты, а также на то, какие типы химических веществ более распространены. Но дело не только в наличии или отсутствии определенных химических веществ.
В этих регионах совсем не спокойно. Массивные облака газа, интенсивные рентгеновские и другие выбросы, ударные волны и подавляющая масса СМЧД — все это взаимодействует, стимулируя и подавляя рождение звезд.
Это исследование — всего лишь еще одно окно во всю эту химическую и механическую сложность.