Використовуючи нову комп’ютерну модель, астрономи встановили, що чорна діра в центрі галактики M87 принаймні удвічі більша, ніж вважалося раніше. Вага в 6,4 мільярда від маси Сонця - це наймасовіша чорна діра, яка досі вимірюється, і ця нова модель дозволяє припустити, що прийняті маси чорних дір в інших великих сусідніх галактиках можуть бути вимкнені аналогічно. Це має наслідки для теорій того, як галактики формуються і ростуть, і навіть може вирішити давній астрономічний парадокс.
Астрономи Карл Гебхардт з Техаського університету в Остіні та Єнс Томас з Інституту позаземної фізики Макса Планка детально розкрили свої висновки в понеділок на конференції Американського астрономічного товариства в Пасадені, Каліфорнія.
Щоб спробувати зрозуміти, як утворюються і зростають галактики, астрономи починають з основної інформації про сьогоднішні галактики, таких як, з чого вони виготовлені, наскільки вони великі і скільки вони важать. Астрономи вимірюють цю останню категорію, масу галактики, визначаючи швидкість руху зірок, що обертаються в межах галактики.
Дослідження загальної маси є важливими, сказав Томас, але "вирішальним моментом є визначення того, чи знаходиться маса в чорній дірі, зірках чи темному ореолі. Вам потрібно запустити складну модель, щоб мати можливість виявити, що є. Чим більше компонентів у вас, тим складніша модель. "
Для моделювання M87, Гебхардт і Томас використовували один з найпотужніших у світі суперкомп'ютерів, систему Lonestar в Техаському університеті Техаського розширеного обчислювального центру в Остіні. Lonestar - це кластер Dell Linux з 5 840 ядрами обробки і може виконувати 62 трильйони операцій з плаваючою комою в секунду. (Сьогодні найпопулярніший портативний комп'ютер має два ядра і може виконувати до 10 мільярдів операцій з плаваючою комою в секунду.)
Модель M87 Гебхардта та Йенса була складнішою, ніж попередні моделі галактики, тому що, крім моделювання її зірок та чорної діри, вона враховує «темний ореол» галактики, сферичну область, що оточує галактику, що виходить за межі її основної видима структура, що містить таємничу «темну речовину» галактики.
"У минулому ми завжди вважали темний ореол значущим, але у нас не було обчислювальних ресурсів для його дослідження", - сказав Гебхардт. «Раніше ми могли використовувати лише зірки та чорні діри. Кидаючи в темний ореол, це стає занадто обчислювально дорого, вам доведеться йти до суперкомп'ютерів ».
Результат Lonestar був масовим для чорної діри M87 в кілька разів, ніж попередні моделі. "Ми цього зовсім не очікували", - сказав Гебхардт. Він і Йенс просто хотіли випробувати свою модель на "найважливішій галактиці там", - сказав він.
Надзвичайно масивний і зручно розташований поблизу (в астрономічному відношенні), M87 був однією з перших галактик, запропонованих побудувати центральну чорну діру майже три десятиліття тому. Він також має активний струменевий вистріл світла з ядра галактики, коли матерія наближається до чорної діри, що дозволяє астрономам вивчати процес, завдяки якому чорні діри притягують матерію. Всі ці фактори роблять M87 «якорем для надмасивних досліджень чорних дір», - сказав Гебхардт.
Ці нові результати для M87 разом із натяками інших останніх досліджень та його останніх спостережень за телескопом (публікації, що готуються) спонукають його підозрювати, що всі маси чорних дір для наймасовіших галактик недооцінені.
Цей висновок "важливий для того, як чорні діри стосуються галактик", - сказав Томас. "Якщо ви змінюєте масу чорної діри, ви змінюєте, як чорна діра стосується галактики". Між галактикою та її чорною дірою існує тісний взаємозв'язок, що дозволило дослідникам дослідити фізику того, як ростуть галактики за космічний час. Збільшення маси чорної діри в наймасовіших галактиках призведе до повторної оцінки цього відношення.
Вищі маси для чорних дір поблизу галактик також могли б вирішити парадокс щодо маси квазарів - активних чорних дір у центрах надзвичайно віддалених галактик, помічених у набагато більш ранню космічну епоху. Квазари яскраво світяться, коли матеріал спіралізується, випромінюючи рясне випромінювання перед тим, як перетнути горизонт події (область, за якою нічого - навіть світла - не може втекти).
"Існує давня проблема в тому, що маси чорних дір квазару були дуже великими - 10 мільярдів сонячних мас", - сказав Гебхардт. "Але в локальних галактиках ми ніколи не бачили чорних дір, які є масивними, а не майже. Раніше підозри були в тому, що маси квазарів помилялися », - сказав він. Але "якщо ми збільшимо масу M87 в два-три рази, проблема майже не зникне".
Сьогоднішні висновки засновані на моделях, але Гебхардт також здійснив нові телескопні спостереження за M87 та іншими галактиками, використовуючи нові потужні інструменти на Північному телескопі Близнюків і дуже великому телескопі Європейської Південної Обсерваторії. За його словами, ці дані, які незабаром будуть представлені для публікації, підтримують нинішні висновки на основі моделі щодо маси чорної діри.
Що стосується майбутніх телескопних спостережень за галактичними темними ореолами, Гебхардт зазначає, що порівняно новий інструмент в Техаському університеті в Осернінській обсерваторії Макдональд є ідеальним. "Якщо вам потрібно вивчити ореол, щоб отримати масу чорної діри, немає кращого інструменту, ніж VIRUS-P", - сказав він. Прилад - спектрограф. Він розділяє світло від астрономічних об'єктів на його складові довжини хвилі, створюючи підпис, яку можна прочитати, щоб дізнатися відстань, швидкість, рух, температуру об'єкта тощо.
VIRUS-P хороший для ореолів, оскільки він може приймати спектри на дуже великій ділянці неба, що дозволяє астрономам досягати дуже низького рівня світла на великих відстанях від центру галактики, де панує темний ореол. Це прототип, побудований для тестування технології, що надходить у більший спектрограф VIRUS для майбутнього експерименту з темною енергією телескопа «Хобі-Еберлі» (HETDEX).
Джерела: AAS, Обсерваторія Макдональд
