Черные дыры - одна из самых интригующих и внушающих страх сил природы. Они также являются одними из самых загадочных из-за того, что правила обычной физики нарушаются в их присутствии. Несмотря на десятилетия исследований и наблюдений, мы еще многое о них не знаем. Фактически, до недавнего времени астрономы никогда не видели изображения черной дыры и не могли контролировать свою массу.
Тем не менее, группа физиков из Московского физико-технического института (МФТИ) недавно объявила, что они разработали способ косвенного измерения массы черной дыры, одновременно подтверждая ее существование. В недавнем исследовании они показали, как они тестировали этот метод на недавно появившейся сверхмассивной черной дыре в центре активной галактики Мессье-87.
Исследование появилось в августовском выпуске Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, Помимо исследователей из МФТИ, в состав группы входили члены Объединенного института VLBI ERIC (JIVE), расположенного в Нидерландах, Института астрономии и астрофизики Academia Sinica в Тайване и обсерватории Mizusawa VLBI NOAJ в Японии.
В течение десятилетий астрономы знали, что большинство массивных галактик имеют сверхмассивную черную дыру (SMBH) в их центре. Присутствие этой SMBH приводит к значительной активности в ядре, где газ и пыль попадают в аккреционный диск и ускоряются до скоростей, которые заставляют их излучать свет, а также радио, микроволновая печь, рентгеновское излучение и гамма-излучение. лучевое излучение.
Для некоторых галактик количество излучения, излучаемого областью ядра, настолько яркое, что оно фактически подавляет свет, исходящий от всех звезд на диске вместе взятых. Они известны как галактики с активными галактическими ядрами (AGN), поскольку они имеют активные ядра, а другие галактики сравнительно «тихие». Другим характерным признаком активности галактики являются длинные пучки перегретой материи, которые расширяются.
Эти «релятивистские джеты», которые могут простираться на миллионы световых лет наружу, названы так потому, что материал в них ускоряется до доли скорости света. Хотя эти струи еще не до конца понятны, в настоящее время все согласны с тем, что они создаются неким «моторным эффектом», вызванным быстро вращающимся SMBH.
Хорошим примером активной галактики с релятивистской струей является Мессье 87 (он же Дева А), сверхгигантская галактика, расположенная в направлении созвездия Дева. Эта галактика является ближайшей к Земле активной галактикой и, следовательно, одной из наиболее изученных. Первоначально обнаруженный в 1781 году Шарлем Мессье (который принял его за туманность), с тех пор его регулярно изучают. К 1918 году его оптическая струя стала первой в своем роде.
Благодаря его близости, астрономы смогли тщательно изучить струю Мессье 87 - нанести на карту ее структуру и скорости плазмы, а также измерить температуру и плотность частиц вблизи струи. Границы струи были детально изучены, и исследователи обнаружили, что она была однородной по своей длине и изменяла форму по мере ее расширения (переход от параболического к коническому).
Все эти наблюдения позволили астрономам проверить гипотезы о структуре активных галактик и взаимосвязи между изменениями формы струи и влиянием черной дыры в ядре галактики. В этом случае международная исследовательская группа воспользовалась этим соотношением и для определения массы M87s SMBH.
Команда также опиралась на теоретические модели, которые предсказывают разрыв струи, что позволило им создать модель, в которой масса SMBH точно воспроизводила бы наблюдаемую форму струи M87. Измеряя ширину струи и расстояние между ядром и разрывом его формы, они также обнаружили, что граница струи M87 состоит из двух сегментов с двумя отличительными кривыми.
В конце концов, сочетание теоретических моделей, наблюдений и компьютерных вычислений позволило команде получить косвенное измерение массы и скорости вращения черной дыры. Это исследование не только предоставляет новую модель для оценки черной дыры и новые средства измерения для струй, но также подтверждает гипотезы, лежащие в основе структуры струй
По сути, результаты команды описывают струю как поток намагниченной жидкости, форма которой определяется электромагнитным полем в ней. Это, в свою очередь, зависит от таких вещей, как скорость и заряд частиц струи, электрический ток внутри струи и скорость, с которой SMBH накапливает вещество из окружающего его диска.
Взаимодействие между всеми этими факторами является причиной наблюдаемого разрыва в форме струи, который затем можно использовать для экстраполяции массы SMBH и скорости ее вращения. Елена Нохрина, заместитель руководителя лаборатории МФТИ, участвовавшего в исследовании, и ведущий автор доклада группы, описывает метод, который они разработали следующим образом:
«Новый независимый метод оценки массы и спина черной дыры является ключевым результатом нашей работы. Хотя его точность сравнима с точностью существующих методов, она имеет преимущество в том, что приближает нас к конечной цели. А именно, уточнение параметров ядра «двигателя», чтобы глубже понять его природу ».
Благодаря наличию сложных инструментов для изучения SMBH (таких как телескоп Event Horizon) и космических телескопов следующего поколения, которые скоро будут введены в эксплуатацию, эта новая модель не займет много времени для тщательного тестирования. Хорошим кандидатом был бы Стрелец А *, SMBH в центре нашей галактики, который, по оценкам, составляет от 3,5 млн. До 4,7 млн. Масс Солнца.
В дополнение к установлению более точных ограничений на эту массу будущие наблюдения могут также определить, насколько активно (или неактивно) ядро нашей галактики. Эти и другие загадки черной дыры ждут!
