Астрономы нашли новый способ измерения массы сверхмассивных черных дыр

Даже самые массивные из сверхмассивных черных дыр не очень большие, что затрудняет измерение их размеров. Однако недавно астрономы разработали новую методику, которая позволяет оценить массу черной дыры на основе движения горячего газа вокруг нее -- даже если сама черная дыра меньше одного пикселя.

О новом методе рассказывают в Институте астрономии им. Макса Планка (MPIA) в Гейдельберге.

Сверхмассивные черные дыры окружены тоннами перегретой плазмы. Эта плазма вращается вокруг черной дыры, образуя тор и аккреционный диск, который постоянно подает материал к черной дыре. Из-за чрезвычайной гравитации этот газ движется невероятно быстро и безумно сияет. Именно этот свет мы идентифицируем как квазар, который можно видеть со всей Вселенной.

Хотя квазары относительно легко заметить, количественно оценить свойства центральной черной дыры гораздо сложнее. Теперь исследователям удалось впервые продемонстрировать возможность прямого определения массы квазара с помощью метода, который называется спектроастрометрией.

Спектроастрометрия опирается на наблюдения за областью вокруг черной дыры. Поскольку газ кружит вокруг нее, часть его будет двигаться в нашем направлении, а часть – удаляться. Часть газа, движущегося к нам, будет иметь синее смещение, а часть, удаляется, – красное. Даже если центральная черная дыра и аккреционный диск слишком малы для решения, техника все равно может быть применена к областям, расположенным дальше, и с помощью моделирования исследователи могут оценить массу.

Схематическое изображение происхождения сигнала спектроастрометрии. Если бы ионизированный газ находился в состоянии покоя, мы бы измеряли одинаковую длину волны спектральной линии по всему BLR. Однако газовые облака вращаются вокруг черной дыры. Глядя со стороны, они приближаются к нам с одной стороны, а с другой снова удаляются. В результате спектральный сигнал с одной стороны выглядит смещенным к синему – к коротким длинам волн. С другой стороны он смещен к красному – к большим длинам волн. Эта разница в измеренной длине волны в зависимости от положения вдоль BLR приводит к спектроастрометрическому сигналу, указанного выше. Исходя из этого, исследователи могут определить максимальное расстояние наблюдаемых облаков BLR от центра квазара и преобладающую там скорость (Credits: Graphics department/Bosco/MPIA).

"Разделяя спектральную и пространственную информацию в собранном свете, а также статистически моделируя измеренные данные, мы можем получить расстояния гораздо меньше одного пикселя изображения от центра аккреционного диска", - пояснил Феликс Боско из MPIA.

Команда успешно применила эту методику к J2123-0050, квазару, который был активным, когда Вселенной было всего 2,9 миллиарда лет. Они обнаружили, что центральная черная дыра весит 1,8 миллиарда солнечных масс. Однако для вывода этой методики на новый уровень и направления на древнейшие квазары, понадобятся новые телескопы.

"С гораздо большей чувствительностью космического телескопа Джеймса Вебба (JWST) и Очень большого телескопа (ELT с диаметром первичного зеркала 39 метров), который сейчас строится, мы вскоре сможем определить массы квазаров при высоких красных смещениях", - добавил Джозеф Хеннави из Калифорнийского университета Санта Барбара, США и Лейденского университета, Нидерланды.

Йорг-Уве Потт из MPIA, который также возглавляет вклад Гейдельберга в создание камеры ELT ближне-инфракрасного диапазона, MICADO, добавляет: "Опубликованное сейчас технико-экономическое обоснование помогает нам определить и подготовить наши запланированные программы исследований по ELT".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.