Чорні діри - це найінтригуючіші та вражаючі сили природи. Вони також є одними з найзагадковіших через те, як в їх присутності руйнуються правила звичайної фізики. Незважаючи на десятиліття досліджень та спостережень, ми ще багато чого не знаємо про них. Насправді до недавнього часу астрономи ніколи не бачили зображення чорної діри і не змогли визначити їх масу.
Однак нещодавно команда фізиків з Московського інституту фізики і технологій (MIPT) оголосила, що вони розробили спосіб опосередкованого вимірювання маси чорної діри, підтвердивши також її існування. В недавньому дослідженні вони показали, як випробували цей метод на нещодавно зображеній надмасивній чорній дірі в центрі активної галактики Мессьє 87.
Дослідження з'явилося в серпневому номері журналу Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства. Окрім дослідників MIPT, до складу групи входили члени Нідерландського Спільного інституту VLBI ERIC (JIVE), Інституту астрономії та астрофізики Академії Синіки в Тайвані та обсерваторії Мілусава VLBI NOAP в Японії.
Десятиліттями астрономи знали, що більшість масивних галактик мають в своєму центрі надмасивну чорну діру (SMBH). Наявність цієї СМБХ призводить до значної активності в ядрі, де газ і пил потрапляють в накопичувальний диск і прискорюються до швидкостей, які спричиняють їх випромінювання світла, а також радіо, мікрохвильову піч, рентген і гамма- променеве випромінювання.
Для деяких галактик кількість випромінювання, що виробляється в зоні ядра, настільки яскрава, що насправді переважає світло, що надходить від усіх зірок у своєму диску. Вони відомі як галактики активних галактичних ядер (AGN), оскільки вони мають активні ядра, а інші галактики порівняно «тихі». Інший ідентифікатор звірки про те, що галактика активна, - це довгі пучки перегрітої речовини, які розширюються.
Ці «релятивістські струмені», які можуть поширюватися на мільйони світлових років назовні, так називаються, оскільки матеріал в них прискорюється до частки швидкості світла. Незважаючи на те, що ці струмені ще не повністю зрозумілі, поточний консенсус полягає в тому, що вони виробляються певним "руховим ефектом", викликаним швидко обертається СМББ.
Хорошим прикладом активної галактики з релятивістським струменем є Мессьє 87 (ака. Діва А), надгігантська галактика, розташована в напрямку сузір'я Діви. Ця галактика є найближчою активною галактикою до Землі, а тому є однією з найбільш вивчених. Спочатку відкритий у 1781 році Чарльзом Мессьє (який помилково сприйняв його за туманність), з цього часу він регулярно вивчався. До 1918 р. Його оптичний струмінь став першим подібним видом.
Завдяки своїй близькості астрономи змогли ретельно вивчити струмінь Мессьє 87 - картографуючи його структуру та швидкість плазми, вимірюючи температуру та щільність частинок біля потоку струменя. Межі струменя були вивчені докладно, що дослідники виявили, що він був однорідним по своїй довжині і змінив форму, чим далі він простягався (переходячи від параболічного до конічного).
Усі ці спостереження дозволили астрономам перевірити гіпотези щодо будови діючих галактик та взаємозв'язку між змінами форми струменя та впливом чорної діри в галактичному ядрі. У цьому випадку міжнародна дослідницька команда скористалася цим співвідношенням і визначила масу M87s SMBH.
Команда також спиралася на теоретичні моделі, які передбачають зрив струменя, що дозволило їм створити модель, де маса SMBH точно відтворила б спостережувану форму струменя M87. Виміривши ширину струменя та відстань між серцевиною та розривом її форми, вони також виявили, що межу струменя М87 складається з двох сегментів з двома відмінними кривими.
Зрештою, поєднання теоретичних моделей, спостережень та комп'ютерних розрахунків дозволило команді отримати непряме вимірювання маси та швидкості віджиму чорної діри. Це дослідження не тільки надає нову модель оцінки чорної діри та новий спосіб вимірювання струменів, але й підтверджує гіпотези, що лежать в основі структури струменів.
По суті, результати команди описують струмінь як потік намагніченої рідини, де форма визначається електромагнітним полем у ній. Це, в свою чергу, залежать від таких речей, як швидкість і заряд струменевих частинок, електричний струм всередині струменя і швидкість, з якою SMBH накопичує речовину з оточуючого диска.
Взаємодія між усіма цими факторами є причиною спостережуваного розриву форми струменя, який потім може бути використаний для екстраполяції маси SMBH і того, як швидко він обертається. Олена Нохріна, заступник керівника лабораторії MIPT, яка бере участь у дослідженні та головний автор у роботі команди, описує метод, який вони розробили таким чином:
«Новий незалежний метод оцінки маси чорної діри та віджимання є ключовим результатом нашої роботи. Незважаючи на те, що його точність порівнянна з існуючою методикою, вона має перевагу в тому, що наближає нас до кінцевої мети. А саме, уточнюючи параметри ядра "мотор", щоб глибше зрозуміти його природу ".
Завдяки наявності складних інструментів для вивчення SMBH (наприклад, телескоп Event Horizon) та космічних телескопів нового покоління, які незабаром почнуть діяти, для ретельної перевірки цієї нової моделі не знадобиться багато часу. Хорошим кандидатом був би Стрілець A *, SMBH в центрі нашої галактики, який, за оцінками, становить 3,5 млн. 4,7 млн. Сонячних мас.
Окрім встановлення більш точних обмежень на цю масу, майбутні спостереження можуть також визначити, наскільки активним (або неактивним) є ядро нашої галактики. Ці та інші таємниці чорної діри чекають!
