С момента открытия Стрельца А * в центре нашей галактики астрономы поняли, что большинство массивных галактик имеют сверхмассивную черную дыру (SMBH) в своей основе. Об этом свидетельствуют мощные электромагнитные излучения, возникающие в ядрах этих галактик - которые известны как «активные галактические ядра» (AGN) - которые, как полагают, вызваны газом и пылью, накапливающейся на SMBH.
В течение десятилетий астрономы изучали свет, исходящий от AGN, чтобы определить, насколько велики и массивны их черные дыры. Это было трудно, так как этот свет подвержен эффекту Доплера, который вызывает расширение его спектральных линий. Но благодаря новой модели, разработанной исследователями из Китая и США, астрономы могут изучить эти Обширные линии (BLR) и сделать более точные оценки массы черных дыр.
В последнее время в научном журнале появилось исследование «Приливно-разрушенные пыльные сгустки как источник широких эмиссионных линий в активных ядрах галактик». Природа, Руководил исследованием Цзян-Мин Ван, исследователь из Института физики высоких энергий (ИФВЭ) Академии наук Китая, при содействии Университета Вайоминга и Университета Нанкина.
Чтобы сломать это, SMBHs известны тем, что у них есть поток газа и пыли, который окружает их. Гравитация черной дыры ускоряет газ в этом торе до скоростей в тысячи километров в секунду, что заставляет его нагреваться и излучать излучение на разных длинах волн. Эта энергия в конечном итоге затмила всю окружающую галактику, что позволяет астрономам определять наличие SMBH.
Майкл Браттон, профессор UW на кафедре физики и астрономии и соавтор исследования, объяснил в пресс-релизе UW:
«Люди думают:« Это черная дыра. Почему он такой яркий? »Черная дыра все еще темна. Диски достигают таких высоких температур, что излучают излучение по всему электромагнитному спектру, включая гамма-излучение, рентгеновское излучение, ультрафиолетовое излучение, инфракрасное излучение и радиоволны. Черная дыра и окружающий аккрецирующий газ, которым питается черная дыра, - это топливо, которое включает квазар ».
Проблема с наблюдением этих ярких областей происходит из-за того, что газы внутри них движутся так быстро в разных направлениях. В то время как удаляющийся газ (относительно нас) смещается к красному концу спектра, газ, который движется к нам, смещается к синему концу. Это то, что приводит к Области широкой линии, где спектр излучаемого света становится больше похожим на спираль, что затрудняет получение точных показаний.
В настоящее время измерение массы SMBH в активных ядрах галактик основано на «методе реверберационного картирования». Короче говоря, это включает использование компьютерных моделей для исследования симметричных спектральных линий BLR и измерения временных задержек между ними. Считается, что эти линии возникают из газа, который был фотоионизирован гравитационной силой SMBH.
Однако из-за недостаточного понимания широких эмиссионных линий и различных компонентов BLR этот метод приводит к некоторой неопределенности от 200 до 300%. «Мы пытаемся получить более подробные вопросы об областях спектральных широких линий, которые помогают нам диагностировать массу черной дыры», - сказал Браттон. «Люди не знают, откуда берутся эти широкие районы эмиссии или природу этого газа».
Напротив, команда под руководством доктора Вана приняла компьютерную модель нового типа, которая учитывала динамику газового тора, окружающего SMBH. Этот тор, как они предполагают, будет состоять из дискретных скоплений вещества, которые будут приливно разрушены черной дырой, в результате чего в нее будет течь некий газ (то есть аккрецирующий на нем), а другой будет выбрасываться в виде оттока.
Исходя из этого, они обнаружили, что линии излучения в BLR подвержены трем характеристикам - «асимметрия», «форма» и «сдвиг». После изучения различных эмиссионных линий - как симметричных, так и асимметричных - они обнаружили, что эти три характеристики сильно зависели от того, насколько яркими были скопления газа, которые они интерпретировали как результат угла их движения внутри тора. Или, как сказал доктор Браттон:
«Что мы предлагаем, так это то, что эти пыльные комки движутся. Некоторые стучатся друг в друга, сливаются и меняют скорость. Может быть, они движутся в квазар, где живет черная дыра. Некоторые из скоплений вращаются из широкой области. Некоторых выгнали.
В конце концов, их новая модель предполагает, что разрушенные приливом скопления вещества из тора черной дыры могут представлять собой источник газа BLR. По сравнению с предыдущими моделями, модель, разработанная доктором Ван и его коллегами, устанавливает связь между различными ключевыми процессами и компонентами в непосредственной близости от SMBH. К ним относятся подача черной дыры, источника фотоионизированного газа и самого пыльного тора.
Хотя это исследование не раскрывает всех загадок, связанных с AGN, оно является важным шагом к получению точных оценок массы SMBH на основе их спектральных линий. Исходя из этого, астрономы могли бы более точно определить, какую роль эти черные дыры сыграли в эволюции больших галактик.
Исследование стало возможным благодаря поддержке, предоставленной Национальной ключевой программой научных исследований и разработок в области науки и технологий, а также Ключевой программой исследований в области пограничных наук, обе из которых находятся в ведении Академии наук Китая.
