Исследователи давно хотели узнать больше о формировании и развитии черных дыр. Однако эти исследования должны начинаться с небольших объектов. Команда астрономов из Мичиганского университета сообщает о новом открытии, связанном с некоторыми из этих тел. Это черная дыра, расположенная в соседней галактике NGC 4395. Оказывается, она примерно в 40 раз меньше, чем считалось ранее.
Астрономы считают, что огромные - так называемые сверхмассивные черные дыры находятся в центре всех галактик, по крайней мере, таких же тяжелых, как Млечный путь. Еще более интересными сегодня являются черные дыры, присутствующие в гораздо меньших галактиках, таких как NGC 4395. Знание массы черной дыры в ее центре - и самой возможности ее точного измерения - может помочь нам лучше понять физику и эволюцию этих объектов, применяя ту же технику измерения к другим черным дырам.
Это в первую очередь касается маленьких и карликовых галактик. Есть ли у большинства из них собственные центральные черные дыры, и если да, то масштабируются ли их массы и другие параметры таким же образом, как в случае сверхмассивных черных в больших галактиках? Ответ на этот вопрос может помочь нам понять общий механизм, посредством которого черные дыры создавались и накапливались в ранней Вселенной.
Чтобы определить массу черной дыры в NGC 4395, астрономы использовали метод, основанный на мониторинге излучения, испускаемого аккреционным диском, циркулирующим вокруг черной дыры. Когда это излучение распространяется за пределы диска, оно проходит через область, состоящую из облаков материала, собранных немного дальше от черной дыры, гораздо более рассеянных, чем сам аккреционный диск. Эта область называется областью излучения широких спектральных линий.
Когда излучение попадает на газ, содержащийся в такой широкой области эмиссии линии, атомы газа возбуждаются. Например, атомы могут перейти на более высокий энергетический уровень. После прохождения излучения атом в конечном итоге возвращается в исходное состояние. Астрономы могут наблюдать такой переход, который выглядит как яркая вспышка яркости. Они также могут измерить, сколько времени требуется излучению, чтобы пройти от аккреционного диска в область излучения широких спектральных линий и вызвать там эти характерные вспышки. Благодаря этому можно оценить, насколько далеко от черной дыры находится эта область излучения.
Все эти данные уже позволяют определить массу черной дыры. Считается, что расстояние аккреционного диска - область излучения широких линий тесно зависит от массы черной дыры - чем она массивнее, тем больше расстояние до области и тем дольше свет будет перемещаться туда от диска.
Астрономы подсчитали, что излучению диска требуется около 83 минут, чтобы достичь этой области излучения в NGC 4395. Чтобы рассчитать массу черной дыры, им пришлось измерить скорость, с которой облака в этой области движутся под действием силы тяжести черной дыры. Для этого они использовали точный оптический спектр, полученный с помощью спектрометра GMOS, установленного на телескопе Gemini North. Зная эту скорость, скорость света и постоянные гравитационные астрономы смогли сказать, что масса этой черной дыры примерно в 10000 раз больше массы Солнца - что дает черную дыру в 40 раз легче, чем считалось ранее.
Это также самая маленькая черная дыра, найденная методом, описанным здесь. Галактики, которые могут иметь такие же маленькие черные дыры, все еще плохо изучены в этом отношении. Новая информация может помочь астрономам понять, как маленькие и большие черные дыры формируют их материнские галактики. Черные дыры так или иначе влияют на свои галактики в очень больших масштабах, но мы все еще не знаем много о меньших галактиках и их небольших черных дырах. Благодаря новым результатам исследований мы теперь можем лучше понять эти отношения.
Читать подробнее:
https://www.nature.com/articles/s41550-019-0790-3
https://phys.org/news/2019-06-astronomers-mass-small-black-hole.html
Источник: Nature / Michigan News