К сожалению, мы не можем физически взвесить черные дыры. Но астрофизикам из Московского физико-технологического института удалось разработать новую технологию определения массивности черной дыры. В качестве «подопытного» для теста решили использовать активную галактику Мессье 87.
Активные галактические ядра – ярчайшие и наиболее таинственные космические формирования. Галактику начинают считать «пробудившееся», если она высвобождает тонкий и вытянутый пучок материи и энергии в пространство. Это релятивистская струя, которая не объясняется звездной активностью. Этот феномен все еще плохо изучен, но есть предположение, что вращающаяся черная дыра способна питать активную галактику, создавая струи.
Мессье 87 из созвездия Девы – это активная галактика, которая считается самой близкой к Земле (в своем виде) и наиболее детально изученной. За ней наблюдают регулярно с 1781 года, когда впервые записали в виде туманности. Позже поняли, что это галактика, а в 1918 году впервые открыли оптическую струю.
Структуру струи в Мессье 87 тщательно изучили, отобразив скорости плазменной струи, а также измерив температуру и плотность частиц возле струи. Сама граница струи изучена настолько детально, что удалось обозначить ее неоднородность по всей длине. Сначала думали, что это единичный феномен, но позже нечто подобное нашли в десятке других галактик (М87 – все еще ярчайший пример).
Множество наблюдений позволяют проверить гипотезы о структуре активных галактик, включая связь между разрывом формы струи и воздействием гравитационной силы черной дыры. Характер струи и наличие сверхмассивной черной дыры – две стороны одной медали. Первую объясняют в терминах второй, а схемы черных дыр проверяют с помощью наблюдений струи.
Астрофизики решили оттолкнуться от факта, что граница струи представлена сегментами двух разных кривых. Затем использовали дистанцию между ядром и разрывом струи вместе с ее шириной, чтобы косвенно определить массивность и вращение черной дыры. Эта техника объединяет теорию, расчеты и телескопические обзоры.
Исследователи презентуют струю в качестве потока намагниченной жидкости. Тогда ее форма определяется ЭМ-полем, зависящим от различных характеристик, вроде скоростного показателя и заряда частиц, электрического тока внутри струи и скорости поступления материи в черную дыру. Все это позволяет наблюдать разрыв.
Итак, возникла модель, которая в теории предсказывает разрыв. Это позволило определить, какая масса черной дыры приводит к модели, производящей наблюдаемую форму струи. Таким образом, удалось создать технологию определения массивности черной дыры.
Это независимая схема, чья точность сходится с показателями реальных моделей. Но новая техника позволяет уточнить параметры активного ядра и глубже понять его природу.
Источник: https://phys.org/news/2019-09-eyeballing-black-hole-mass.html