Для большинства людей, перспектива измерения точной массы гигантских космических объектов, путешествующих во Вселенной, кажется нереальной. Но, после установки на севере Чили последней антенны радиотелескопа ALMA, работающего как с миллиметровым, так и с субмиллиметровым диапазоном волн, эта задача стала вполне выполнима. Антенное поле гиганта ALMA занимает 16 километров пустыни Атакама и объединяет в своем составе 66 антенн. Все они работают совместно, как один высокоточный огромный телескоп. Однако определить точную массу сверхгигантских черных дыр, находящихся на расстояниях в миллионы световых лет от поверхности Земли, задача далеко не простая.
Где таятся черные дыры?
Астрономы уже давно выявили, что такие космические тела, обладающие гигантской массой, таятся внутри ядер большинства галактик. Эти объекты образовывались в результате эволюции их родительских галактик, в течение долгих миллиардов лет. И их изучение - приоритетная задача современной астрофизики. Черные дыры вносят большой вклад в процесс образования новых звезд. Они, как все живые объекты Вселенной, постепенно растут и эволюционируют, оказывая существенное влияние на межзвездную среду. Существует несколько способов определения массы этих громадин. Для выбора каждого из них производится оценка определенных критериев: удаленности объекта, вида галактики и других.
Монстр в Млечном Пути
Наш Млечный Путь тоже имеет в составе своего ядра сверхмассивную черную дыру. Она была замечена в созвездии Стрельца, как мощный источник радиоволн. Астрономы, используя невероятно точные инфракрасные телескопы, смогли отслеживать траектории движения других звезд вокруг этой точки, излучающей мощнейшие радиоволны. В результате таких исследований, была определена масса этой черной дыры, превышающей массу нашей звезды Солнце в 4 миллиона раз.
Возможно ли измерить черные дыры в структуре ядер далеких галактик?
Измерение массы ближайшего к Земле космического монстра - задача не такая и сложная для современных астрофизиков. Ведь находится она совсем недалеко от наших земных обсерваторий - "всего" в 25 тысяч световых лет. Как насчет определения размеров и массы черных дыр, спрятанных в ядрах других галактик? Они настолько удалены от Земли, что измерение скорости вращения звезд в их ядрах невозможно осуществить даже с применением инфракрасных телескопов. Ученые пробуют такой способ: находят радио-яркие объекты мегамазеры (квантовые генераторы, излучающие электромагнитные волны в сантиметровом диапазоне) и следят за их перемещением вокруг центра - черной дыры. Мегамазеры выступают в роли маяка, но, к сожалению астрономов, они есть не во всех галактиках.
Практикуется и еще один способ: изучение движение ионизированных газов внутри галактических ядер. Существует алгоритм вычисления массы черных дыр на основании скорости движения таких газовых облаков. Этот метод может применяться только для измерения объектов, находящихся в эллиптических галактиках и совершенно не подходит для определения массы сверхмассивных черных дыр, затаившихся в ядрах галактик спиральной формы. Возможность таких измерений имеет только супергигантский телескоп ALMA.
Что позволил узнать телескоп ALMA?
Спиральная галактика NGC 1097, находящаяся от нас на расстоянии почти 45 миллионов световых лет и располагающаяся в созвездии южного полушария Печь, недавно заинтересовала группу ученых во главе с Киоко Ониши. Они изучили конфигурацию и скорости движения вокруг ядра молекул двух веществ: цианистого водорода (HCN), формилиума (НСО +). Затем, используя компьютерные модели, разработанные с помощью телескопа ALMA, они смогли удостовериться в том, что такие показатели характерны для черных дыр весом в 140 миллионов солнечных масс. Получается, что черная дыра галактики НГК 1097 - сверхмассивна. Она в 35 раз больше нашей, находящейся в Млечном Пути.
Это исследование было первым, проведенным с помощью ALMA в галактике формы спираль, имеющей перемычку. Теперь астрофизики, используя эту модель, смогут измерить и другие массивные космические объекты. Эти исследования помогут человечеству понять, как они влияют друг на друга и на другие космические тела.