З часу відкриття Стрільця А * в центрі нашої галактики астрономи зрозуміли, що більшість масивних галактик мають в своєму ядрі Супермасивну Чорну Діру (SMBH). Про це свідчать потужні електромагнітні викиди, що утворюються в ядрах цих галактик - відомі як «Активні галатичні ядра» (AGN) - які, як вважають, викликані газом і пилом, що потрапляють на СМББ.
Десятиліттями астрономи вивчали світло, що надходить від AGN, щоб визначити, наскільки великі і масивні їх чорні діри. Це було складно, оскільки це світло піддається ефекту Доплера, через що його спектральні лінії розширюються. Але завдяки новій моделі, розробленій дослідниками з Китаю та США, астрономам, можливо, вдасться вивчити ці широкосмугові регіони (BLR) і зробити більш точні оцінки щодо маси чорних дір.
Дослідження, "Приблизно порушені пилові скупчення як походження широких ліній викидів в активних галактичних ядрах", нещодавно з'явилося в науковому журналі Природа. Дослідженням керував Цзянь-Мін Ван, науковий співробітник Інституту фізики високих енергій (IHEP) Китайської академії наук за сприяння університету Вайомінгу та університету Нанкін.
Щоб розбити його, СМБХ відомі тим, що оточують їх струм газу та пилу. Гравітація чорної діри прискорює газ у цьому торі до швидкостей тисяч кілометрів в секунду, що змушує його нагріватися та випромінювати випромінювання з різною довжиною хвилі. Ця енергія зрештою перекрила всю оточуючу галактику, саме це дозволяє астрономам визначити наявність СМББ.
Як пояснив у прес-релізі UW Майкл Браттон, професор кафедри фізики та астрономії та співавтор дослідження.
"Люди думають:" Це чорна діра. Чому так яскраво? "Чорна діра ще темна. Диски досягають таких високих температур, що вони випромінюють електромагнітний спектр, який включає гамма-промені, рентгенівські випромінювання, УФ, інфрачервоні та радіохвилі. Чорна діра та навколишній газ, який накопичує газ, до якого подається чорна діра, - це паливо, яке вмикається на квазар. "
Проблема із спостереженням за цими світлими областями виникає з того, що гази всередині них так швидко рухаються в різних напрямках. Тоді як газ, що відходить (відносно нас), зміщується до червоного кінця спектра, газ, який рухається до нас, переміщується до синього кінця. Це те, що призводить до широкої лінії регіону, де спектр випромінюваного світла стає більше схожим на спіраль, що ускладнює отримання точних показань.
В даний час вимірювання маси SMBH в активних галактичних ядрах спирається на "ревербераційну карту". Коротше кажучи, це передбачає використання комп'ютерних моделей для вивчення симетричних спектральних ліній BLR та вимірювання затримок між ними. Вважається, що ці лінії виникають від газу, який був фотоіонізований силою гравітації SMBH.
Однак, оскільки мало розуміють широкі лінії викидів та різні компоненти БЛР, цей метод спричиняє певні невизначеності між 200 і 300%. "Ми намагаємося отримати детальніші питання щодо спектральних широколінійних областей, які допомагають нам діагностувати масу чорної діри", - сказав Браттон. "Люди не знають, звідки беруться ці регіони з широкою емісією, або природа цього газу".
На противагу цьому команда на чолі з доктором Вангом прийняла новий тип комп'ютерної моделі, яка враховувала динаміку газового тору, що оточує SMBH. Цей торус, як вони припускають, складатиметься з дискретних скупчень речовини, які будуть охайно порушені чорною дірою, в результаті чого в неї потече деякий газ (він же аккрементується), а частина викидається як відтік.
Виходячи з цього, вони виявили, що лінії викидів у BLR мають три характеристики - "асиметрія", "форма" та "зсув". Вивчивши різні лінії викидів - як симетричні, так і асиметричні - вони виявили, що ці три характеристики сильно залежать від того, наскільки яскравими є скупчення газу, які вони інтерпретували як результат кута їх руху в межах тору. Або як сказав доктор Браттон:
«Ми пропонуємо те, що ці пилові грудочки рухаються. Деякі стукають одне в одного і зливаються, і змінюють швидкість. Можливо, вони переселяються в квазар, де живе чорна діра. Деякі згустки закручуються із широкої лінії. Деяких виганяють ».
Зрештою, їх нова модель дозволяє припустити, що пошкоджені грудки речовини з тору чорної діри можуть являти собою джерело газу BLR. Порівняно з попередніми моделями, той, який розробили доктор Ванг та його колеги, встановлює зв'язок між різними ключовими процесами та компонентами поблизу SMBH. До них відносяться живлення чорної діри, джерела фотоіонізованого газу та самого запорошеного тору.
Хоча це дослідження не вирішує всіх таємниць навколо АГН, це важливий крок до отримання точних оцінок маси СМБК на основі їх спектральних ліній. З них астрономи могли б більш точно визначити, яку роль відігравали ці чорні діри в еволюції великих галактик.
Дослідження стало можливим завдяки підтримці Національної ключової програми наукових та технологічних досліджень та розробок та Ключової дослідницької програми прикордонних наук, обидві яких управляє Китайська академія наук.
