Melnie caurumi ir visintriģējošākie un iedvesmojošākie dabas spēki. Tie ir arī vieni no noslēpumainākajiem tāpēc, ka viņu klātbūtnē sadalās parastās fizikas likumi. Neskatoties uz gadu desmitiem ilgiem pētījumiem un novērojumiem, joprojām ir daudz ko par tiem nezināt. Faktiski vēl nesen astronomi nekad nebija redzējuši melnā cauruma attēlu un nespēja vadīt savu masu.
Tomēr fiziķu komanda no Maskavas Fizikas un tehnoloģijas institūta (MIPT) nesen paziņoja, ka viņi ir izstrādājuši veidu, kā netieši izmērīt melnā cauruma masu, vienlaikus apliecinot arī tā esamību. Nesenā pētījumā viņi parādīja, kā viņi pārbaudīja šo metodi nesen attēla supermasīvajā melnajā caurumā Messier 87 aktīvās galaktikas centrā.
Pētījums parādījās Karaliskās astronomiskās biedrības ikmēneša paziņojumi. Papildus pētniekiem no MIPT, komandā bija locekļi no Nīderlandē bāzētā VLBI ERIC apvienotā institūta (JIVE), Taivānas Academia Sinica astronomijas un astrofizikas institūta un NOAJ Mizusawa VLBI observatorijas Japānā.
Gadu desmitiem astronomi ir zinājuši, ka lielāko masveidīgo galaktiku centrā ir supermasīvs melnais caurums (SMBH). Šī SMBH klātbūtne izraisa ievērojamu aktivitātes daudzumu kodolā, kur gāze un putekļi iekrīt akrācijas diskā un paātrinās līdz ātrumam, kas liek tiem izstarot gaismu, kā arī radio, mikroviļņu, rentgena un gamma- starojuma starojums.
Dažām galaktikām galvenā apgabala radītais starojuma daudzums ir tik spilgts, ka tas faktiski pārspēj gaismu, kas nāk no visām zvaigznēm, kas atrodas tā diskā. Tās ir zināmas kā aktīvo galaktisko kodolu (AGN) galaktikas, jo tām ir aktīvi kodoli un citas galaktikas ir salīdzinoši “klusas”. Vēl viens indikatora identifikators, ka galaktika ir aktīva, ir pārkarsētas vielas garie stari, kas stiepjas.
Šīs “relativistiskās sprauslas”, kas var iziet miljoniem gaismas gadu uz āru, ir tā sauktas, jo tajās esošais materiāls tiek paātrināts līdz daļai no gaismas ātruma. Kaut arī šīs sprauslas vēl nav pilnībā izprastas, pašreizējā vienprātība ir tāda, ka tās rada noteikts “motora efekts”, ko izraisa strauji rotējošā SMBH.
Labs aktīvās galaktikas ar relativistisko strūklu piemērs ir Mesjērs 87 (pazīstams arī kā Jaunava A), supergānu galaktika, kas atrodas Jaunavas zvaigznāja virzienā. Šī galaktika ir Zemei tuvākā aktīvā galaktika, tāpēc tā ir viena no vislabāk izpētītajām. Sākotnēji 1781. gadā to atklāja Čārlzs Mesjērs (kurš to nepareizi iezīmēja miglājam), kopš tā laika tas tiek regulāri pētīts. Līdz 1918. gadam tā optiskā strūkla kļuva par pirmo šāda veida novērojumu.
Pateicoties tā tuvumam, astronomi ir spējuši rūpīgi izpētīt Mesjē 87 strūklu - kartējot tā struktūru un plazmas ātrumu un izmērot temperatūru un daļiņu blīvumu netālu no strūklas straumes. Lidmašīnas robežas tika izpētītas ļoti detalizēti, ka pētnieki atklāja, ka tā ir viendabīga visā garumā un mainīja formu, jo tālāk tā pagarinājās (pārejot no paraboliskas uz konisku).
Visi šie novērojumi ļāva astronomiem pārbaudīt hipotēzes par aktīvo galaktiku struktūru un saistību starp strūklas formas izmaiņām un melnā cauruma ietekmi galaktikas kodolā. Šajā gadījumā starptautiskā pētījumu grupa izmantoja šīs attiecības un lai noteiktu M87s SMBH masu.
Komanda paļāvās arī uz teorētiskiem modeļiem, kas paredz reaktīvās iekārtas pārtraukumu, kas ļāva viņiem izveidot modeli, kurā SMBH masa precīzi reproducētu novēroto M87 reaktīvās formas formu. Izmērot strūklas platumu un attālumu starp serdi un tās formas pārrāvumu, viņi arī atklāja, ka M87 strūklas robežu veido divi segmenti ar divām atšķirīgām līknēm.
Rezultātā teorētisko modeļu, novērojumu un datoru aprēķinu kombinācija ļāva komandai netieši izmērīt melnā cauruma masu un griešanās ātrumu. Šis pētījums ne tikai nodrošina jaunu melnā cauruma novērtēšanas modeli un jaunu sprauslu mērīšanas līdzekli, bet arī apstiprina hipotēzes, kas ir sprauslu struktūras pamatā.
Būtībā komandas rezultāti reaktīvu raksturo kā magnetizēta šķidruma plūsmu, kur formu nosaka tajā esošais elektromagnētiskais lauks. Tas, savukārt, ir atkarīgs no tādām atkarīgām lietām kā strūklas daļiņu ātrums un lādiņš, elektriskā strāva strūklā un ātrums, ar kādu SMBH uzkrāj vielas no apkārtējā diska.
Visu šo faktoru mijiedarbība ir iemesls novērotajam strūklas formas pārrāvumam, ko pēc tam var izmantot, lai ekstrapolētu SMBHs masu un cik ātri tā griežas. Elena Nokhrina, pētījumā iesaistītās MIPT laboratorijas vadītāja vietniece un galvenā autore uz komandas darba, apraksta metodi, kuru viņi izstrādāja šādā veidā:
“Jaunā neatkarīgā melno caurumu masas un griešanās pakāpes noteikšanas metode ir mūsu darba galvenais rezultāts. Kaut arī tā precizitāte ir salīdzināma ar esošo metožu precizitāti, tai ir priekšrocība, jo tā mūs tuvina gala mērķim. Proti, pilnveidojot galvenā “motora” parametrus, lai dziļāk izprastu tā būtību. ”
Pateicoties sarežģītajiem instrumentiem SMBH studijām (piemēram, Event Horizon teleskops) un nākamās paaudzes kosmosa teleskopiem, kas drīzumā sāks darboties, nebūs vajadzīgs ilgs laiks, lai šo jauno modeli rūpīgi pārbaudītu. Labs kandidāts būtu Strēlnieks A *, SMBH mūsu galaktikas centrā, kura tiek lēsta starp 3,5 miljoniem 4,7 miljoniem Saules masu.
Papildus precīzāku ierobežojumu noteikšanai šai masai, nākotnes novērojumi varētu arī noteikt, cik aktīvs (vai neaktīvs) ir mūsu galaktikas kodols. Šie un citi melnā cauruma noslēpumi gaida!
