Астрономи знайшли новий спосіб вимірювання маси надмасивних чорних дір

Навіть наймасивніші з надмасивних чорних дір не дуже великі, що ускладнює вимірювання їх розмірів. Однак нещодавно астрономи розробили нову методику, яка дозволяє оцінити масу чорної діри на основі руху гарячого газу навколо неї -- навіть якщо сама чорна діра менша одного пікселя.

Про новий метод розповідають в Інституті астрономії ім. Макса Планка (MPIA) у Гейдельберзі.

Надмасивні чорні діри оточені тоннами перегрітої плазми. Ця плазма обертається навколо чорної діри, утворюючи тор та акреційний диск, який постійно подає матеріал до чорної діри. Через надзвичайну гравітацію цей газ рухається неймовірно швидко та шалено сяє. Саме це те світло ми ідентифікуємо як квазар, який можна бачити з усього Всесвіту.

Хоча квазари відносно легко помітити, кількісно оцінити властивості центральної чорної діри набагато складніше. Тепер дослідникам вдалося вперше продемонструвати можливість прямого визначення маси квазару за допомогою методу, який називається спектроастрометрією.

Спектроастрометрія спирається на спостереження за областю навколо чорної діри. Оскільки газ кружляє навколо неї, частина його буде рухатися у нашому напрямку, а частина – віддалятиметься. Частина газу, що рухається до нас, матиме синє зміщення, а частина, що віддаляється, – червоне. Навіть якщо центральна чорна діра та акреційний диск занадто малі для вирішення, техніка все одно може бути застосована до областей, розташованих далі, і за допомогою моделювання дослідники можуть оцінити масу.

Схематичне зображення походження сигналу спектроастрометрії. Якби іонізований газ перебував у стані спокою, ми б вимірювали однакову довжину хвилі спектральної лінії по всьому BLR. Однак газові хмари обертаються навколо чорної діри. Дивлячись збоку, вони наближаються до нас з однієї сторони, а з іншої знову віддаляються. В результаті спектральний сигнал з одної сторони виглядає зміщеним до синього – до коротших довжин хвиль. З іншої сторони він зміщений до червоного – до більших довжин хвиль. Ця різниця у виміряній довжині хвилі в залежності від положення вздовж BLR призводить до спектроастрометричного сигналу, зазначеного вище. Виходячи з цього, дослідники можуть визначити максимальну відстань спостережуваних хмар BLR від центру квазара та швидкість, що там переважає. (Credits: Graphics department/Bosco/MPIA)

"Розділяючи спектральну та просторову інформацію у зібраному світлі, а також статистично моделюючи виміряні дані, ми можемо отримати відстані набагато менше одного пікселя зображення від центру акреційного диска", - пояснив Фелікс Боско з MPIA.

Команда успішно застосувала цю методику до J2123-0050, квазару, який був активним, коли Всесвіту було всього 2,9 мільярда років. Вони виявили, що центральна чорна діра важить 1,8 мільярда сонячних мас. Однак для виведення цієї методики на новий рівень та направлення на найдавніші квазари, знадобляться нові телескопи.

"Зі значно більшою чутливістю космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) та Надзвичайно великого телескопа (ELT з діаметром первинного дзеркала 39 метрів), який зараз будується, ми незабаром зможемо визначити маси квазарів при найвищих червоних зсувах", - додав Джозеф Хеннаві з Каліфорнійського університету Санта-Барбара, США та Лейденського університету, Нідерланди.

Йорг-Уве Потт з MPIA, який також очолює внесок Гейдельберга у створення камери ELT ближньо-інфрачервого діапазону, MICADO, додає: "Опубліковане зараз техніко-економічне обґрунтування допомагає нам визначити та підготувати наші заплановані програми досліджень з ELT".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.