Каква е масата на свръхмасивна черна дупка?

Движението на молекулярния газ в галактиката  NGC 1097. Оцветеният в червено газ се отдалечава от нас, а в пурпорно-виолетово - се движи в посока към Земята.

В центъра на нашата галактика има нещо чудовищно. Всъщност, теорията предполага, че такъв “звяр” се крие в центъра на повечето (или на почти всички?) галактики. Разбира се, не става дума за призраци, гоблини или “космически октоподи”, а за черните дупки.

Черните дупки са най-масивните обекти във Вселената. Те са крайната форма, останките на особен вид масивни звезди. В края на живота на такава звезда тя се свива под въздействие на все по-голямата гравитация, която постоянно притегля и сбива частиците материя все по-плътно и по-плътно, докато в един момент гравитационния колапс не превърне всичко това в малка топка от свръхплътна материя. Невъобразимо плътна.

Учените са си поставили за цел да установят колко точно “невъобразима” е една такава черна дупка – свърхмасивната черна дупка (supermassive black hole, SMBH), която се намира в централната част на галактиката NGC 1097. Резултатите от измерванията им са публикувани в списание Astrophysical Journal. Според изчисленията на астрофизиците, тази черна дупка е със зашеметяваща маса, надхвърляща 140 милиона пъти масата на нашето Слънце. И това дори не е от най-големите черни дупки, срещащи се във Вселената.

Визуализацията представя сравнение на масата на черната дупка в центъра на клъстера Феникс, която се определя на 20 милиона пъти масата на Слънцето.

Изследването е дело на екип под ръководството на Киоко Ониши от SOKENDAI (Университет за авангардни изследвания). Данните за SMBH са събрани с помощта на телескопите Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, или ALMA. Изследването е и демонстрация на огромните възможности на ALMA, особено що се отнася до определяне масата на свръхмасивните черни дупки.



Има няколко начина да се измери масата на една SMBH, но повечето от тях са доста капризни. Методът за определяне на масата на черна дупка в центъра на една елиптична галактика може да се окаже неприложим за спиралните галактики, например. Като отчита, че NGC 1097 е спирална галактика с централна удължена част, екипът астрофизици определя масата на свръхмасивната й черна дупка по динамиката на молекулярния газ в централния район, който обвива черната дупка.

Този подход има някои преимущества спрямо наблюденията върху динамиката на йонизираните газове и движенията на звездите. Движенията на вторите са под влиянието на гравитацията на SMBH, но също така се влияят и от други, локални източници на гравитационни взаимодействия. Молекулярният газ от своя страна е по-слабо повлиян от  локални гравитационни източници, така че движението му се определя най-вече от гравитационните сили на свръхмасивната черна дупка на галактиката. Това го прави годен за определяне на масата на SMBH.

На снимката горе може да видите движението на молекулярния газ, оцветен в различни цветове. Цветовете на изображението не са положени произволно – виолетово-пурпурните региони показват молекулярният газ, движещ се в посока към Земята, а червените части – отдалечаващият се от нас. Това движение показва, че галактиката се върти около оста си  благодарение на намиращата се в центъра й свръхмасивна черна дупка. Екипът е определил посоката на движение на молекулярния газ, като е изследвал спектъра на светлинните емисии от него. Сравнявайки светлинния спектър на газа от галактиката със светлината, излъчвана от същия газ на Земята, може да се определи в каква посока се движи космическия газ, както и скоростта му на движение. Освен това обаче, може да се определи и колко голяма трябва да е черната дупка, за да се получи тази картина на движението му. В конкретния случай заключението на учените е, че движението на молекулярния газ в NGC 1097 точно по този начин, е предизвикано от гравитационните сили на свръхмасивна черна дупка, която е най-малко 140 милиона пъти по-масивна от нашето Слънце.



Следващата задача, която си поставя екипът е, да определи масите и на други черни дупки, за да започне да се разплита мистерията около това, как са се формирали галактиките и техните SMBH, и как те еволюират заедно във времето.

А на следващото видео е опит нагледно да се представят и сравнят размерите и масите на някои от черните дупки, за които астрофизиката разполага с конкретни данни: