Как «взвесить» огромную черную дыру в спиральной галактике?

Перспектива измерения массы наиболее массивных из известных объектов Вселенной повергнет большинство людей в холодный пот, но для астрономов Большого миллиметрового/субмиллиметрового массива ALMA в Чили это работа на день. Тем не менее «взвешивание» сверхмассивной черной дыры за миллионы световых лет от нас — далеко не простая задача.

Сверхмассивные черные дыры, как известно, скрываются в ядрах большинства галактик. Они могут влиять на звездообразование по всей галактике и тесно связаны с миллиардами лет эволюции своих родных галактик. Понять, как растут сверхмассивные черные дыры и как они влияют на здоровье своей межзвездной среды, является одной из самых важных задач современной астрофизики.

Для начала, как и в любом медосмотре, мы должны найти способ измерить массу этих гигантских черных то ли точек, то ли «пушистых клубков». Есть несколько способов оценить массу сверхмассивной черной дыры, но они зависят от того, как далеко находится черная дыра и в каком типе галактики она расположена.

Для сверхмассивной черной дыры в ядре нашей галактики Млечный Путь астрономы смогли прицелиться на Стрельца А* — яркий регион выбросов радиоволн — и отследить движение отдельных звезд вокруг невидимой точки, используя невероятно точные инфракрасные телескопы. Эта невидимая точка, конечно, и есть место расположения сверхмассивной черной дыры с массой в 4 миллиона солнц.

Оценка массы ближайшей сверхмассивной черной дыры к Земле — это одно. В конце концов, она находится «всего» в 25 000 световых годах от ближайшей обсерватории. Но как насчет измерения черных дыр в ядрах других галактик?

Из-за гигантского расстояния измерение скорости звезд в ядрах других галактик не представляется возможным. Поэтому, чтобы измерить массы этих объектов, астрономы ищут яркие объекты в радиодиапазоне под названием «мегамазеры», которые крутятся вокруг центральной черной дыры и выступают своего рода маяками. К сожалению, мегамазеры довольно редкие.

Также астрономы будут пытаться измерить движение ионизированных газов внутри галактического ядра; скорость движения газовых облаков может выявить массу черной дыры. Но этот метод лучше всего подходит для эллиптических галактик; он не может быть использован для оценки массы сверхмассивных черных дыр в ядрах спиральных галактик.

И все же, похоже, астрономы нашли способ измерить массу сверхмассивной черной дыры в ядрах спиральных галактик, используя наблюдательную мощь ALMA, как сообщает Discovery. Обратив свое внимание на спиральную галактику с перемычкой NGC 1097 в 45 миллионах световых лет от нас в созвездии Печи, ученые под руководством Киоко Ониши из университета SOKENDAI в Японии точно измерили распределение цианистого водорода (HCN) и молекул формильной группы (HCO+) в центральном регионе галактики. Затем, используя компьютерные модели для моделирования различного распределения этих молекул вокруг сверхмассивных черных дыр с разными массами, они смогли определить массу черной дыры, которая вписывается в наблюдения.

Оказалось, что черная дыра NGC 1097 соответствует определению сверхмассивной. Масса этой черной дыры составляет порядка 140 миллионов солнечных, что в 35 раз больше, чем наша скромная и не такая сверхмассивная черная дыра Стрельца А*.

«Результаты последних наблюдений указывают на то, что взаимосвязь между массой сверхмассивной черной дыры и свойствами родительской галактики варьируется в зависимости от типа галактики, что повышает важность извлечения точных масс сверхмассивных черных дыр в разных типах галактик», — заявил Ониши.

«Это первое использование ALMA, в ходе которого было проведено такое измерение спиральной галактики с перемычкой, — добавляет соисследователь Картик Шет из Национальной радиоастрономической обсерватории в Шарлоттсвилле, штат Вирджиния. — Когда вы смотрите на изысканно подробные наблюдения ALMA, становится просто непостижимо, как хорошо они вписываются в проверенные модели. Интересно то, что мы можем применить этот метод к другим подобным галактикам и лучше понять, как эти невероятно массивные объекты влияют на свои родные галактики».

Что ж, измерение массы сверхмассивной черной дыры в ядре спиральной галактики стало еще более точным процессом.