Используя новую компьютерную модель, астрономы определили, что черная дыра в центре галактики M87 по меньшей мере в два раза больше, чем считалось ранее. Взвешенная в 6,4 миллиарда раз больше массы Солнца, это самая массивная черная дыра из всех измеренных, и эта новая модель предполагает, что принятые массы черных дыр в других крупных соседних галактиках могут быть отклонены на аналогичные величины. Это имеет последствия для теорий о том, как галактики образуются и растут, и может даже решить давний астрономический парадокс.
Астрономы Карл Гебхардт из Техасского университета в Остине и Дженс Томас из Института внеземной физики им. Макса Планка подробно изложили свои выводы в понедельник на конференции Американского астрономического общества в Пасадене, штат Калифорния.
Чтобы попытаться понять, как образуются и растут галактики, астрономы начинают с базовой информации о галактиках сегодня, таких как то, из чего они сделаны, насколько они велики и сколько они весят. Астрономы измеряют эту последнюю категорию, массу галактики, измеряя скорость звезд, вращающихся внутри галактики.
Томас сказал, что исследования общей массы важны, но «решающим моментом является определение, находится ли масса в черной дыре, звездах или темном гало. Вы должны запустить сложную модель, чтобы узнать, что есть что. Чем больше у вас компонентов, тем сложнее модель ».
Для моделирования M87 Гебхардт и Томас использовали один из самых мощных в мире суперкомпьютеров - систему Lonestar в Техасском университете в Техасском центре передовых вычислений в Остине. Lonestar - это кластер Dell Linux с 5840 вычислительными ядрами, способный выполнять 62 триллиона операций с плавающей запятой в секунду. (Сегодняшний портативный компьютер имеет два ядра и может выполнять до 10 миллиардов операций с плавающей запятой в секунду.)
Модель М87 Гебхардта и Йенса была более сложной, чем предыдущие модели галактики, потому что в дополнение к моделированию ее звезд и черной дыры она учитывает «темный гало» галактики, сферическую область, окружающую галактику, которая выходит за пределы ее главной видимая структура, содержащая таинственную «темную материю» галактики.
«В прошлом мы всегда считали темный ореол значимым, но у нас не было и вычислительных ресурсов для его изучения», - сказал Гебхардт. «Раньше мы могли использовать только звезды и черные дыры. Бросить в темном ореоле, это становится слишком вычислительно дорогим, вы должны пойти на суперкомпьютеры ».
Результат Lonestar стал массой для черной дыры M87 в несколько раз больше, чем обнаружили предыдущие модели. «Мы вообще не ожидали этого», - сказал Гебхардт. Он и Дженс просто хотели проверить свою модель на «самой важной галактике», сказал он.
Чрезвычайно массивная и удобно расположенная поблизости (в астрономических терминах), M87 была одной из первых галактик, предложенных скрыть центральную черную дыру почти три десятилетия назад. У него также есть активная струя, излучающая свет из ядра галактики, когда материя приближается к черной дыре, что позволяет астрономам изучать процесс, посредством которого черные дыры притягивают вещество. Все эти факторы делают M87 «якорем для исследований сверхмассивной черной дыры», сказал Гебхардт.
Эти новые результаты для M87, вместе с подсказками из других недавних исследований и его собственными недавними наблюдениями на телескопе (публикации в процессе подготовки), заставляют его заподозрить, что все массы черных дыр для самых массивных галактик недооценены.
Этот вывод «важен для того, как черные дыры относятся к галактикам», сказал Томас. «Если вы измените массу черной дыры, вы измените отношение черной дыры к галактике». Существует тесная связь между галактикой и ее черной дырой, которая позволила исследователям исследовать физику того, как галактики растут в космическом времени. Увеличение масс черной дыры в самых массивных галактиках приведет к переоценке этого отношения.
Более высокие массы для черных дыр в близлежащих галактиках также могут разрешить парадокс, касающийся масс квазаров - активных черных дыр в центрах чрезвычайно далеких галактик, наблюдаемых в гораздо более раннюю космическую эпоху. Квазары ярко светятся, когда материал спиралевидно входит, испуская обильное излучение, прежде чем пересечь горизонт событий (область, за которой ничто - даже свет - не может вырваться).
«Существует давняя проблема в том, что массы квазаровых черных дыр очень велики - 10 миллиардов солнечных масс», - сказал Гебхардт. «Но в местных галактиках мы никогда не видели такие огромные черные дыры. Подозрение было до того, что массы квазара были неправы », - сказал он. Но «если мы увеличим массу M87 в два или три раза, проблема почти исчезнет».
Сегодняшние выводы основаны на моделях, но Гебхардт также провел новые телескопические наблюдения M87 и других галактик, используя новые мощные приборы на Северном телескопе Близнецов и Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории. Он сказал, что эти данные, которые будут вскоре представлены для публикации, подтверждают текущие основанные на модели выводы о массе черной дыры.
Для будущих наблюдений галактических темных гало в телескоп Гебхардт отмечает, что относительно новый инструмент в Техасском университете в обсерватории Макдональда в Остине идеален. «Если вам нужно изучить ореол, чтобы получить массу черной дыры, нет лучшего инструмента, чем VIRUS-P», - сказал он. Инструмент представляет собой спектрограф. Он разделяет свет от астрономических объектов на составляющие его длины волн, создавая сигнатуру, которую можно прочитать, чтобы узнать расстояние до объекта, скорость, движение, температуру и многое другое.
VIRUS-P хорош для исследований гало, потому что он может снимать спектры на очень большой площади неба, позволяя астрономам достигать очень низких уровней света на больших расстояниях от центра галактики, где доминирует темный гало. Это прототип, созданный для тестирования технологии, входящей в более широкий спектрограф VIRUS для предстоящего эксперимента по темной энергии телескопа Хобби-Эберли (HETDEX).
Источники: AAS, обсерватория Макдональдс
