Астрономы, используя скорость вращения аккреционного диска, измерили массу черной дыры, которая оказалась в 660 миллионов раз массивнее Солнца.
Хотя мы знаем, что черные дыры являются большими, но как же астрономы измеряют их массу? Мы не можем просто попасть туда и взвесить их. К счастью астрономы имеют множество хитрых способов измерить массу объектов во Вселенной и черные дыры не являются исключением.
Используя самую большую и мощную обсерваторию на планете, астрономы смогли детально разглядеть центральную часть эллиптической галактики под названием NGC 1332, которая расположена на расстоянии около 75 миллионов световых лет от нас, чтобы получить детализированную картину закрученных газов вокруг центральной сверхмассивной черной дыры. Несмотря на то, что большинство известных галактик имеют огромные черные дыры в своих ядрах, черная дыра в центре NGC 1332 в 660 миллионов раз массивнее нашего Солнца.
Атакамская Большая миллиметровая / субмиллиметровая решетка (ALMA) в Чили была использована для достижения этой высокой точности, но она не смотрела на черную дыру непосредственно, она следила за яростным шквалом галактических газов, застрявших внутри глубокой гравитационной ямы черной дыры.
"Для того чтобы вычислить массу черной дыры в центре галактики, нам нужно измерить скорость чего-то вращающегося вокруг неё", - сказал Аарон Барт из Университета Ирвин в Калифорнии и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Astrophysical Journal. "Для точного измерения мы должны детально исследовать самый центр галактики, где гравитационное притяжение черной дыры является доминирующей силой".
"ALMA представляет собой фантастический новый инструмент для проведения этих наблюдений".
Все мы знаем, что черные дыры черные. Их масса имеет такое огромное гравитационное притяжение, что ничто, даже свет, не может избежать гравитационную ловушку. Поскольку мы не можем видеть их, астрономы могут выявить наличие черных дыр с помощью других, косвенных средств. Один из способов заключается в измерении выбросов горячего газа, захваченного аккреционным диском черных дыр. Другой способ: наблюдать, как масса черной дыры деформирует пространство-время, изгибая свет вокруг неё.
В случае с NGC 1332 можно рассмотреть холодный молекулярный газ, который находится в непосредственной близости от черной дыры. Зная расстояние газового облака от черной дыры, с помощью ALMA можно с большой точностью измерить массу черной дыры. Она поистине чудовищна.
В этой галактике газ сплющивается в огромный диск, который крутится вокруг черной дыры с радиусом 800 световых лет. Для сравнения, расстояние от нашей Солнечной системы до ближайшей звездной системы Альфа Центавра составляет немногим более 4 световых лет. Радиус этой колоссальной структуры в 200 раз шире. На видимых длинах волн этот диск не может быть полностью увиден и выглядит как силуэт на фоне плотно упакованных звезд. Однако ALMA сканирует космос в радиодиапазоне и так как холодный газовый диск генерирует радиоизлучения, он позволяет астрономам различить «небольшие» структуры, всего 15 световых лет, внутри диска.
Эта потрясающая точность измерения позволила разглядеть «сферу влияния» черной дыры в пределах 80 световых лет от центра. Газы в этом регионе вращается со скоростью более 300 миль в секунду.
Предыдущие измерения масс черных дыр опирались на наблюдения видимого света от ионизованного газа в горячих аккреционных дисках. Хотя такие обсерватории, как космический телескоп Хаббл, способны вычислить массу черных дыр, эти горячие аккреционные диски по своей природе весьма турбулентны. Это добавляет большую степень неопределенности в видимых измерениях освещенности.
Но выбросы от холодного молекулярного газа (в данном случае выбросы, генерируемые монооксидом углерода, или CO) в расширенных дисках происходят из гораздо более спокойных условиях, обеспечивая астрономов беспрецедентную точность для измерения.