Trong những năm 1970, các nhà khoa học đã xác nhận rằng phát xạ vô tuyến đến từ trung tâm thiên hà của chúng ta là do sự hiện diện của Lỗ đen Siêu khối (SMBH). Nằm cách Trái đất khoảng 26.000 năm ánh sáng giữa chòm sao Nhân Mã và Bọ Cạp, tính năng này được gọi là Nhân Mã A *. Kể từ đó, các nhà thiên văn học đã hiểu rằng hầu hết các thiên hà khổng lồ đều có SMBH ở trung tâm của chúng.
Hơn thế nữa, các nhà thiên văn học đã biết rằng các lỗ đen trong các thiên hà này được bao quanh bởi những khối bụi và khí khổng lồ xoay tròn, đó là thứ chiếm năng lượng mà chúng đưa ra. Tuy nhiên, chỉ mới gần đây, một nhóm các nhà thiên văn học, sử dụng Atacama Large Millimét / Subillim Array (ALMA), đã có thể chụp được hình ảnh của hình xuyến khí bụi xoay quanh lỗ đen siêu lớn M77.
Nghiên cứu chi tiết những phát hiện của họ gần đây đã xuất hiện trong Tạp chí thiên văn dưới tiêu đề C AL ALMA tiết lộ một Torus phân tử dày đặc xoay tròn không đồng nhất tại NGC 1068 Nucleus. Nghiên cứu được thực hiện bởi một nhóm các nhà nghiên cứu Nhật Bản từ Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản - do Masatoshi Imanishi dẫn đầu - với sự hỗ trợ của Đại học Kagoshima.
Giống như hầu hết các thiên hà khổng lồ, M77 có Hạt nhân Thiên hà Hoạt động (AGN), trong đó bụi và khí được tích tụ vào SMBH của nó, dẫn đến độ sáng cao hơn bình thường. Trong một thời gian, các nhà thiên văn học đã hoang mang về mối quan hệ tò mò tồn tại giữa SMBH và các thiên hà. Trong khi các thiên hà lớn hơn có SMBH lớn hơn, các thiên hà chủ vẫn lớn hơn 10 tỷ lần so với lỗ đen trung tâm của chúng.
Điều này tự nhiên đặt ra câu hỏi về cách hai đối tượng có quy mô rất khác nhau có thể ảnh hưởng trực tiếp đến nhau. Do đó, các nhà thiên văn học đã tìm cách nghiên cứu AGN là để xác định các thiên hà và lỗ đen cùng phát triển như thế nào. Vì lợi ích của nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã tiến hành quan sát độ phân giải cao về khu vực trung tâm của M77, một thiên hà xoắn ốc bị chặn nằm cách Trái đất khoảng 47 triệu năm ánh sáng.
Sử dụng ALMA, nhóm nghiên cứu đã chụp được khu vực xung quanh trung tâm M77 và có thể phân giải cấu trúc khí nhỏ gọn với bán kính 20 năm ánh sáng. Đúng như dự đoán, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng cấu trúc nhỏ gọn đang xoay quanh lỗ đen trung tâm của các thiên hà. Như Masatoshi Imanishi đã giải thích trong thông cáo báo chí của ALMA:
Để giải thích các đặc điểm quan sát khác nhau của AGN, các nhà thiên văn học đã giả định các cấu trúc khí bụi giống như bánh rán xoay quanh các lỗ đen siêu lớn đang hoạt động. Đây được gọi là model mô hình thống nhất của AGN. Tuy nhiên, chiếc bánh rán khí bụi có hình dáng rất nhỏ. Với độ phân giải cao của ALMA, giờ đây chúng ta có thể thấy trực tiếp cấu trúc.
Trước đây, các nhà thiên văn học đã quan sát trung tâm của M77, nhưng không ai có thể giải quyết được hình xuyến xoay tại tâm của nó cho đến bây giờ. Điều này đã được thực hiện nhờ vào độ phân giải vượt trội của ALMA, cũng như việc lựa chọn các đường phát thải phân tử. Những dòng phát thải này bao gồm hydro cyanide (HCN) và ion formyl (HCO +), chỉ phát ra vi sóng trong khí đậm đặc và carbon monoxide - phát ra vi sóng trong nhiều điều kiện khác nhau.
Các quan sát của các đường phát xạ này đã xác nhận một dự đoán khác được đưa ra bởi nhóm nghiên cứu, đó là hình xuyến sẽ rất dày đặc. Những quan sát trước đây đã tiết lộ sự kéo dài về phía đông-tây của hình xuyến khí bụi, ông nói. Sự năng động được tiết lộ từ dữ liệu ALMA của chúng tôi đồng ý chính xác với hướng quay dự kiến của hình xuyến.
Tuy nhiên, quan sát của họ cũng chỉ ra rằng việc phân phối khí xung quanh SMBH phức tạp hơn so với những gì một mô hình thống nhất đơn giản gợi ý. Theo mô hình này, vòng quay của hình xuyến sẽ theo trọng lực của lỗ đen; nhưng những gì Imanishi và nhóm của ông tìm thấy chỉ ra rằng khí và bụi trong hình xuyến cũng thể hiện các dấu hiệu chuyển động rất ngẫu nhiên.
Đây có thể là một dấu hiệu cho thấy AGN ở trung tâm của M77 có một lịch sử bạo lực, có thể bao gồm việc hợp nhất với một thiên hà nhỏ trong quá khứ. Nói tóm lại, các quan sát của nhóm Nhóm chỉ ra rằng các vụ sáp nhập thiên hà có thể có tác động đáng kể đến cách thức AGN hình thành và hành xử. Về mặt này, các quan sát của họ về hình xuyến M77 đã cung cấp manh mối về lịch sử và sự tiến hóa của thiên hà.
Nghiên cứu về SMBH, trong khi chuyên sâu, cũng rất khó khăn. Một mặt, SMBH gần nhất (Sagitarrius A *) tương đối yên tĩnh, chỉ có một lượng nhỏ khí tích tụ trên đó. Đồng thời, nó nằm ở trung tâm thiên hà của chúng ta, nơi nó bị che khuất bởi sự can thiệp của bụi, khí và sao. Do đó, các nhà thiên văn học buộc phải tìm đến các thiên hà khác để nghiên cứu cách SMBH và các thiên hà của chúng cùng tồn tại.
Và nhờ có nhiều thập kỷ nghiên cứu và cải tiến về thiết bị, các nhà khoa học bắt đầu có được cái nhìn rõ ràng về các khu vực bí ẩn này lần đầu tiên. Bằng cách có thể nghiên cứu chúng một cách chi tiết, các nhà thiên văn học cũng đang có được cái nhìn sâu sắc có giá trị về cách các lỗ đen khổng lồ như vậy và các cấu trúc vòng của chúng có thể cùng tồn tại với các thiên hà của chúng theo thời gian.
