ในช่วงทศวรรษ 1970 นักวิทยาศาสตร์ยืนยันว่าการปล่อยคลื่นวิทยุมาจากศูนย์กลางกาแลคซีของเราเกิดจากการมีหลุมดำมวลมหาศาล (SMBH) ตั้งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 26,000 ปีแสงระหว่างกลุ่มดาวราศีธนูและกลุ่มดาวแมงป่องลักษณะนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อกลุ่มดาวราศีธนู A * ตั้งแต่เวลานั้นนักดาราศาสตร์ได้เข้าใจว่ากาแลคซีขนาดใหญ่ส่วนใหญ่มี SMBH อยู่ตรงกลาง
ยิ่งไปกว่านั้นนักดาราศาสตร์ได้เรียนรู้ว่าหลุมดำในกาแลคซีเหล่านี้ล้อมรอบไปด้วยฝุ่นและก๊าซหมุนวนมากซึ่งเป็นสาเหตุของพลังงานที่เกิดขึ้น อย่างไรก็ตามเมื่อไม่นานมานี้ทีมนักดาราศาสตร์ได้ใช้อาร์มาม่าขนาดใหญ่มิลลิเมตร / ซับมิลมิเตอร์อาเรย์ (ALMA) สามารถจับภาพของดาวฝุ่นก๊าซหมุนรอบหลุมดำมวลมหาศาลของ M77
การศึกษาซึ่งรายละเอียดการค้นพบของพวกเขาเพิ่งปรากฏใน จดหมายวารสารทางดาราศาสตร์ ภายใต้ชื่อ“ ALMA เผยโมเลกุลทอรัสหมุนหนาแน่นขนาดกะทัดรัดที่โมเลกุลที่ NGC 1068 นิวเคลียส” การศึกษาครั้งนี้ดำเนินการโดยทีมนักวิจัยชาวญี่ปุ่นจากหอดูดาวดาราศาสตร์แห่งชาติญี่ปุ่น - นำโดย Masatoshi Imanishi - ด้วยความช่วยเหลือจากมหาวิทยาลัยคาโกชิมา
เช่นเดียวกับกาแลคซีที่มีมวลมากที่สุด M77 มีนิวเคลียสกาแล็กซี่แบบแอคทีฟ (AGN) ซึ่งมีฝุ่นและก๊าซถูกใส่เข้าไปใน SMBH ซึ่งทำให้เกิดความส่องสว่างสูงกว่าปกติ บางครั้งนักดาราศาสตร์ได้งงงวยความสัมพันธ์ที่แปลกประหลาดที่มีอยู่ระหว่าง SMBHs และกาแลคซี ในขณะที่กาแลคซีขนาดใหญ่ที่มี SMBH ใหญ่กว่านั้นกาแลคซีโฮสต์ยังคงมีขนาดใหญ่กว่าหลุมดำกลางของมัน 10 ล้านเท่า
สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามขึ้นมาว่าวัตถุสองชิ้นที่มีเครื่องชั่งต่างกันอย่างมากมายสามารถส่งผลกระทบโดยตรงต่อกันได้อย่างไร ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงพยายามศึกษา AGN เพื่อพิจารณาว่ากาแลคซีและหลุมดำมีวิวัฒนาการอย่างไร เพื่อประโยชน์ในการศึกษาของพวกเขาทีมได้ทำการสำรวจความละเอียดสูงของภาคกลางของ M77 ซึ่งเป็นกาแลคซีกังหันแบบก้นหอยซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 47 ล้านปีแสง
ด้วยการใช้ ALMA ทีมงานได้ถ่ายภาพบริเวณรอบ ๆ ศูนย์กลางของ M77 และสามารถแก้ไขโครงสร้างก๊าซขนาดกะทัดรัดที่มีรัศมี 20 ปีแสง ตามที่คาดไว้ทีมพบว่าโครงสร้างที่กะทัดรัดกำลังหมุนรอบหลุมดำกาแลคซีกลาง ดังที่ Masatoshi Imanishi อธิบายไว้ในการแถลงข่าว ALMA:
“ เพื่อตีความลักษณะการสังเกตต่าง ๆ ของ AGNs นักดาราศาสตร์ได้สันนิษฐานว่าการหมุนโครงสร้างคล้ายโดนัทของก๊าซฝุ่นรอบหลุมดำมวลมหาศาล สิ่งนี้เรียกว่า 'แบบรวม' ของ AGN อย่างไรก็ตามโดนัทที่เป็นก๊าซฝุ่นนั้นมีรูปร่างที่เล็กมาก ด้วยความละเอียดสูงของ ALMA ตอนนี้เราสามารถเห็นโครงสร้างได้โดยตรง”
ในอดีตนักดาราศาสตร์ได้สังเกตศูนย์กลางของ M77 แต่ไม่มีใครสามารถแก้ไขทอรัสหมุนได้ที่ศูนย์กลางของมันจนถึงปัจจุบัน สิ่งนี้ทำให้เป็นไปได้ด้วยความละเอียดที่เหนือกว่าของ ALMA รวมถึงการเลือกสายการปล่อยโมเลกุล สายการปล่อยมลพิษเหล่านี้รวมถึงไฮโดรเจนไซยาไนด์ (HCN) และฟอร์มิลไอออน (HCO +) ซึ่งปล่อยคลื่นไมโครเวฟในก๊าซที่มีความหนาแน่นสูงและคาร์บอนมอนอกไซด์เท่านั้นซึ่งปล่อยคลื่นไมโครเวฟภายใต้เงื่อนไขที่หลากหลาย
การสำรวจของสายการปล่อยก๊าซเหล่านี้ยืนยันการคาดการณ์อีกครั้งจากทีมซึ่งก็คือว่าพรูจะมีความหนาแน่นสูงมาก “ ข้อสังเกตก่อนหน้านี้เผยให้เห็นการยืดตัวของทอรัสก๊าซที่เต็มไปด้วยฝุ่นตะวันออก - ตะวันตก” อิมานิชิกล่าว “ พลศาสตร์ที่เปิดเผยจากข้อมูล ALMA ของเราเห็นด้วยอย่างแน่นอนกับทิศทางการหมุนของทอรัสที่คาดหวัง”
อย่างไรก็ตามการสังเกตของพวกเขายังชี้ให้เห็นว่าการกระจายของก๊าซรอบ ๆ SMBH นั้นมีความซับซ้อนมากกว่าที่แบบจำลองแบบครบวงจรที่เรียบง่ายจะแนะนำ ตามแบบจำลองนี้การหมุนของพรูจะเป็นไปตามแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ แต่สิ่งที่ Imanishi และทีมของเขาค้นพบบ่งชี้ว่าก๊าซและฝุ่นในพรูยังแสดงอาการของการเคลื่อนไหวแบบสุ่มสูง
สิ่งเหล่านี้อาจเป็นเครื่องบ่งชี้ว่า AGN ที่ศูนย์กลางของ M77 มีประวัติศาสตร์ที่รุนแรงซึ่งอาจรวมถึงการรวมกับกาแลคซีขนาดเล็กในอดีต โดยสรุปการสังเกตของทีมระบุว่าการควบรวมกาแลคซีอาจมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อรูปแบบและพฤติกรรมของ AGN ในแง่นี้การสำรวจพรู M77 ของพวกเขาได้ให้เบาะแสเกี่ยวกับประวัติศาสตร์และวิวัฒนาการของกาแลคซีแล้ว
การศึกษา SMBHs ในขณะที่เข้มข้นนั้นก็เป็นสิ่งที่ท้าทายเช่นกัน ในอีกด้านหนึ่ง SMBH ที่ใกล้เคียงที่สุด (Sagitarrius A *) ค่อนข้างเงียบสงบโดยมีก๊าซเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่ติดอยู่กับมัน ในเวลาเดียวกันมันก็ตั้งอยู่ที่ใจกลางกาแลคซีของเราซึ่งถูกบดบังด้วยฝุ่นก๊าซและดวงดาว ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงถูกบังคับให้มองไปที่กาแลคซีอื่น ๆ เพื่อศึกษาว่า SMBHs และกาแลคซีเหล่านี้อยู่ร่วมกันอย่างไร
และต้องขอบคุณการศึกษาและการปรับปรุงด้านเครื่องมือวัดมานานหลายทศวรรษทำให้นักวิทยาศาสตร์เริ่มมองเห็นพื้นที่ลึกลับเหล่านี้เป็นครั้งแรก ด้วยความสามารถในการศึกษารายละเอียดนักดาราศาสตร์ก็ยังได้รับข้อมูลเชิงลึกที่มีคุณค่าว่าหลุมดำขนาดใหญ่และโครงสร้างที่ล้อมรอบสามารถอยู่ร่วมกับกาแลคซีของพวกเขาได้ตลอดเวลา
