Астрономы с большой точностью измерили массу сверхмассивной черной дыры

То, что происходит внутри черной дыры, остается внутри черной дыры, но что творится в "сфере влияния" черной дыры - в самой внутренней области галактики, где гравитация черной дыры является доминирующей силой, - вызывает большой интерес у астрономов и может помочь определить массу черной дыры, а также ее влияние на галактические окрестности.

Об этом рассказывают в Национальной радио-астрономической обсерватории США.

Новые наблюдения с помощью Атакамського большого миллиметрового/субмиллиметрового массива (ALMA) предоставляют беспрецедентную возможность увидеть крупным планом как выглядит закрученный диск холодного межзвездного газа, вращающегося вокруг сверхмассивной черной дыры. Этот диск лежит в центре NGC 3258 - массивной эллиптической галактики, находящейся примерно в 100 миллионах световых лет от Земли. На основе этих наблюдений команда, которую возглавляли астрономы из Техасского университета A&M и Калифорнийского университета в Ирвине определила, что эта черная дыра весит потрясающие 2,25 миллиарда солнечных масс - она является самой массивной черной дырой, измеренной с помощью телескопа ALMA на сегодняшний день.

Хотя сверхмассивные черные дыры могут иметь массы, от миллионов до миллиардов раз превышающие солнечную массу, они составляют лишь небольшую долю массы всей галактики. Изоляция влияния гравитации черной дыры от звезд, межзвездного газа и темной материи в галактическом центре является сложной задачей и требует высокочувствительных наблюдений в феноменально малых масштабах.

"Наблюдение за орбитальным движением материала как можно ближе к черной дыры является жизненно важным при точном определении массы черной дыры", - отметил Бенджамин Буазель, докторант в Техасском университете A&M и ведущий автор исследования, которое было опубликовано в Astrophysical Journal. "Эти новые наблюдения за NGC 3258 демонстрируют удивительную способность ALMA отображать вращения газообразных дисков вокруг сверхмассивных черных дыр в потрясающих деталях", - подчеркнул он.

Астрономы используют различные методы для измерения массы черных дыр. В гигантских эллиптических галактиках большинство измерений происходит с помощью наблюдений за орбитальным движением звезд вокруг черной дыры, сделанных в видимом или инфракрасном свете. Другая методика использует природные водяные мазеры (радиоволновые лазеры) в газовых облаках, которые вращаются вокруг черных дыр, и обеспечивают более высокую точность, но эти мазеры очень редкие и связаны почти исключительно со спиральными галактиками, которые имеют меньшие черные дыры.

В течение последних нескольких лет на ALMA внедрили новый метод исследования черных дыр в гигантских эллиптических галактиках. Около 10 процентов эллиптических галактик содержат в своих центрах диски холодного густого газа, регулярно вращающегося. Эти диски содержат газ окиси углерода (СО), который можно наблюдать с помощью радиотелескопов миллиметрового длины.

Используя доплеровский сдвиг излучения от молекул СО, астрономы могут измерять скорости вращения газовых облаков, а ALMA позволяет взяться за самые центры галактик, где орбитальные скорости самые высокие.

"Наша команда на протяжении нескольких лет с помощью ALMA наблюдала за эллиптическими галактиками, расположенными поблизости, чтобы выявить и изучить диски молекулярного газа, вращающихся вокруг гигантских черных дыр", - отметил соавтор исследования Аарон Барт из Калифорнийского университета в Ирвине. "NGC 3258 - лучшая цель, которую мы нашли, потому что мы можем проследить вращения диска ближе к черной дыре, чем в любой другой галактике", - отметил он.

Так же, как Земля вращается вокруг Солнца быстрее, чем это делает Плутон, потому что он чувствует более сильную гравитационную силу, внутренние области диска NGC 3258 вращаются быстрее, чем внешние ее части из-за гравитации черной дыры. Данные ALMA показывают, что скорость вращения диска возрастает с 1 миллиона километров в час на его внешнему краю, на расстоянии примерно 500 световых лет от черной дыры, до более 3 миллионов километров в час вблизи центра диска на расстоянии всего 65 световых лет к черной дыре.

Исследователи определили массу черной дыры, смоделировав вращение диска, учитывая дополнительную массу звезд в центральной области галактики и другие детали, такие как слегка изогнутая форма газообразного диска. Четкое выявление быстрого вращения позволило исследователям определить массу черной дыры с точностью меньшей одного процента, хотя они оценивают дополнительную систематическую 12-процентную неопределенность в измерении, поскольку расстояние до NGC 3258 не известна очень точно. Даже учитывая неопределенное расстояние, это одно из самых высокоточных измерений массы любой черной дыры вне галактики Млечный Путь.

"Следующей задачей является найти больше примеров почти идеальных вращающихся дисков вроде этого, чтобы мы могли применить этот метод для измерения массы черных дыр в большей выборке галактик, - заключает Бойзель. - Дополнительные наблюдения ALMA, которые достигают этого уровня точности, помогут нам лучше понять рост как галактик, так и черных дыр в течение возраста Вселенной".

Фото: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), B. Boizelle; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello; Hubble Space Telescope (NASA / ESA) Carnegie-Irvine Galaxy Survey

Читайте еще интересные новости о космосе.