Šis attēls parāda, kā mākslinieks attēlo kvazāra iekšējos apgabalus, kuru centrā darbojas supermasīvs melnais caurums. Kad gāzes un putekļu disks iekrīt melnajā caurumā, augstā temperatūra rada gaismu. Atšķirības šajā gaismā var palīdzēt astronomiem izmērīt melnā cauruma masu.
(Attēls: © Nahks Tr'Ehnl / Catherine Grier (Penn State) / SDSS sadarbība)
Briesmoņu melnie caurumi slēpjas lielāko daļu Visuma galaktiku centru, un tagad jauna tehnika palīdz zinātniekiem izmērīt dažu vislielāko melno caurumu masu Visumā, pat ja tie atrodas ļoti vājā, tālā centrā. galaktikas. Jaunā pieeja varētu dramatiski uzlabot zinātnieku izpratni par to, kā šie behemoti veidojas un attīstās, un kā tie ietekmē galaktiku evolūciju.
"Šī ir pirmā reize, kad mēs tik tālu esam mērījuši masas tik daudziem supermasīviem melnajiem caurumiem," teikts Katrīnas Grēras, Pensilvānijas štata pēcdoktorantūras studentes, paziņojumā no Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Grieris vadīja projektu, lai izmērītu plašu tā saukto supermasīvo melno caurumu masu, izmantojot SDSS datus. Viņa paziņoja rezultātus otrdien (9. janvārī) Amerikas astronomijas biedrības sanāksmē Nacionālajā ostā, Mērilendā.
"Šie jaunie mērījumi un tādi paši nākotnes mērījumi sniegs būtisku informāciju cilvēkiem, kuri pēta to, kā galaktikas aug un attīstās visā kosmiskajā laikā," sacīja Grieris. [Attēli: Visuma melnie caurumi]
Masveida melno caurumu mērīšana
Balstoties uz gadu desmitiem ilgušajiem galaktisko novērojumu rezultātiem, astronomi tagad teorē, ka gandrīz katras lielās galaktikas sirdī ir supermasīvs melnais caurums (SMBH). Šie briesmīgie zvēri var būt miljoniem vai miljardiem reižu masīvāki nekā Zemes saule. Melnie caurumi neizstaro un neatstaro gaismu, tāpēc šos SMBH nevar tieši redzēt. Bet, kad SMBH smagums ievelk putekļus un gāzi no apkārtējās galaktikas, tas rada materiāla virpuļojošu disku, kas iekrīt melnajā caurumā. Šis iekritušais materiāls sakarst un sāk izstarot gaismu, padarot melno caurumu "redzamu" (kaut arī netieši). Dažos gadījumos šo disku gaisma kļūst spožāka nekā visām zvaigznēm galaktikā; šīs neticami gaišās galaktikas tad sauc par aktīvajiem galaktikas kodoliem (AGN). Spilgtākos AGN sauc par kvazāriem, kurus astronomi var redzēt visā redzamajā Visumā; tie norāda uz supermasīva melnā cauruma klātbūtni, teikts paziņojumā.
Melnajiem caurumiem ir tikai trīs izmērāmās īpašības - masa, griešanās un lādiņš - tāpēc masas aprēķināšana ir milzīga daļa no individuālā melnā cauruma izpratnes. Tuvējās galaktikās astronomi var novērot, kā zvaigžņu un gāzu grupas pārvietojas pa galaktikas centru, un izmantot šīs kustības, lai izsecinātu centrālā melnā cauruma masu. Bet tālas galaktikas atrodas tik tālu, ka teleskopi nespēj atrisināt zvaigznes un mākoņus ap melno caurumu, teikts paziņojumā.
Metode, kas pazīstama kā reverberācijas kartēšana, ļāva astronomiem izmērīt šo ārējo melno caurumu masu. Pirmkārt, pētnieki salīdzina izstarojošās gāzes spilgtumu galaktikas ārējā reģionā ar gāzes spilgtumu, kas atrodams galaktikas iekšējā reģionā. (Šis iekšējais reģions, kas atrodas ļoti tuvu melnajam caurumam, ir pazīstams kā kontinuuma reģions). Gāze kontinuuma reģionā ietekmē ātri izplūstošo gāzi tālāk. Tomēr gaisma prasa laiku, lai pārvietotos uz āru vai atskanētu, izraisot kavēšanos starp iekšējā reģionā redzamajām izmaiņām un to ietekmi uz ārējo reģionu. Izmērot aizkavēšanos, atklājas, cik tālu ārējais gāzes disks atrodas no melnā cauruma. Kopā ar griešanās ātrumu ap galaktiku tas ļauj astronomiem izmērīt SMBH masu, Grērs pastāstīja Space.com e-pastā.
Bet process ir sāpīgi lēns. Lai novērotu atgriezeniskās saiknes efektu, atsevišķa galaktika vairākus mēnešus ir jāpēta atkal un atkal, savukārt tālu kvazāri var aizņemt vairākus gadus atkārtotus novērojumus, teikts pētnieku paziņojumā. Pēdējo 20 gadu laikā astronomi ir spējuši izmantot reverberācijas paņēmienu tikai aptuveni 60 SMBH tuvumā esošajās galaktikās un nedaudzām tālām kvazārām.
Kā daļu no SDSS reverberācijas kartēšanas projekta, Griere un viņas kolēģi ir sākuši SMBH kartēšanu ātrāk nekā iepriekš bija iespējams. Šīs ātrākas kartēšanas atslēga nāk no projekta īpašajam platleņķa teleskopam, kas atrodas Apache Point observatorijā Sunspotā, Ņūmeksikā, un tas, pēc Griera teiktā, var apkopot datus par vairākiem kvazāriem vienlaikus. Pašlaik tas novēro debesu plāksteri, kurā ir apmēram 850 kvazāri.
Pētnieki novēroja kvazārus ar Kanādas-Francijas-Havaju teleskopu Havaju salās un ar Stjuares observatorijas Bokas teleskopu Arizonā, lai kalibrētu neticami vāju objektu mērījumus. Kopumā pētnieki tagad ir izmērījuši reversācijas laika kavējumus 44 kvazāriem, un viņi izmantoja šos mērījumus, lai aprēķinātu melno caurumu masas, kas svārstās no 5 miljoniem līdz 1,7 miljardiem reižu virs Zemes saules masas, teikts paziņojumā.
"Šis ir liels solis uz priekšu kvazāru zinātnei," paziņojumā sacīja Kalifornijas universitātes Irvine astronomijas profesors Ārons Bārts, kurš nebija iesaistīts komandas izpētē. "Viņi pirmo reizi parādīja, ka šos sarežģītos mērījumus var veikt masveida ražošanas režīmā."
Jaunie mērījumi palielina galaktisko SMBH masas mērījumu skaitu par aptuveni divām trešdaļām. Tā kā daudzas no šīm galaktikām atrodas ļoti tālu, jaunie mērījumi atklāj SMBH masas no tālāka laika, līdz visumam bija tikai puse no tā pašreizējā vecuma.
Turpinot novērot 850 kvazārus ar SDSS teleskopu vairāku gadu garumā, komanda uzkrās gadu datus, kas viņiem ļaus izmērīt pat vājāku kvazāru masu, kuru ilgāku laika kavēšanos nevar izmērīt ar viena gada datiem.
"Lai iegūtu labus mērījumus, ir ļoti svarīgi iegūt kvazāru novērojumus vairāku gadu garumā," sacīja Yue Shen, Ilinoisas universitātes docents un SDSS reverberācijas kartēšanas projekta galvenais pētnieks. "Turpinot projektu arvien vairāk un vairāk kvazāru uzraudzībai nākamajos gados, mēs varēsim labāk izprast, kā aug un attīstās supermasīvie melnie caurumi."
Pēc pašreizējā ceturtā SDSS posma beigām 2020. gadā sāksies piektais posms, SDSS-V. SDSS-V ir jauna programma ar nosaukumu Black Hole Mapper, kurā pētnieki plāno izmērīt SMBH masas vairāk nekā 1000 kvazāros, novērojot vājākus un vecākus kvazārus nekā jebkurš reverberācijas kartēšanas projekts jebkad ir izdevies.
"Melnā cauruma kartētājs ļaus mums pāriet uz supermasīvas melno caurumu atgriezeniskās kartēšanas laikmetu patiesā rūpnieciskā mērogā," paziņojumā teikts Nīla Brendta, Pensilvānijas astronomijas un astrofizikas profesora un ilggadējā SDSS locekļa profesija. "Par šiem noslēpumainajiem objektiem mēs uzzināsim vairāk nekā jebkad agrāk."
