Juodosios skylės yra pačios intriguojančios ir labiausiai įkvepiančios gamtos jėgos. Jie taip pat yra vieni paslaptingiausių dėl to, kaip jiems būdingos įprastinės fizikos taisyklės. Nepaisant dešimtmečius trukusių tyrimų ir stebėjimų, vis dar apie juos nežinome. Tiesą sakant, dar visai neseniai astronomai niekada nebuvo matę juodosios skylės atvaizdo ir negalėjo valdyti savo mišių.
Vis dėlto neseniai fiziko iš Maskvos fizikos ir technologijos instituto (MIPT) komanda paskelbė sugalvojusi būdą netiesiogiai išmatuoti juodosios skylės masę, kartu patvirtindama jos egzistavimą. Neseniai atliktame tyrime jie parodė, kaip jie išbandė šį metodą neseniai atvaizduotoje supermasyvioje juodojoje skylėje, esančioje „Messier 87“ aktyviosios galaktikos centre.
Tyrimas pasirodė rugpjūčio mėnesio numeryje Mėnesiniai Karališkosios astronomijos draugijos pranešimai. Be tyrėjų iš MIPT, komandą sudarė nariai iš Nyderlanduose įsikūrusio Jungtinio VLBI ERIC instituto (JIVE), Taivano Astronomijos ir astrofizikos instituto „Academia Sinica“ ir Japonijos NOAJ Mizusawa VLBI observatorijos.
Dešimtmečius astronomai žinojo, kad daugumos masyvių galaktikų centre yra supermasyvi juodoji skylė (SMBH). Dėl šio SMBH susidarymo nemaža dalis aktyvumo vyksta šerdyje, kur dujos ir dulkės patenka į kaupimosi diską ir įsibėgėja iki greičio, dėl kurio jie skleidžia šviesą, taip pat radijo, mikrobangų, rentgeno ir gama- spinduliuotė.
Kai kuriose galaktikose branduolio srities skleidžiamas radiacijos kiekis yra toks ryškus, kad jis iš tikrųjų užvaldo šviesą, sklindančią iš visų žvaigždžių, esančių jo diske. Tai yra žinomos kaip aktyvaus galaktikos branduolio (AGN) galaktikos, nes jos turi aktyvius branduolius, o kitos galaktikos yra palyginti „ramios“. Kitas signalinis identifikatorius, kad galaktika yra aktyvi, yra ilgos perkaitintos materijos sijos, kurios tęsiasi.
Šie „reliatyvistiniai purkštukai“, kurie gali prasitęsti milijonus šviesmečių į išorę, yra vadinami tuo, kad juose esanti medžiaga yra pagreitinta iki šviesos greičio dalelės. Nors šie purkštukai dar nėra iki galo suprantami, šiuo metu sutariama, kad juos sukuria tam tikras „variklio poveikis“, kurį sukelia greitai besisukantis SMBH.
Geras aktyvios galaktikos su reliatyvistine srove pavyzdys yra „Messier 87“ (dar vadinama „Virgo A“), supervalstybinė galaktika, esanti Mergelės žvaigždyno kryptimi. Ši galaktika yra arčiausiai Žemės esanti aktyvioji galaktika, todėl viena geriausiai ištirtų. Iš pradžių 1781 m. Jį atrado Charlesas Messier (neteisingai pažymėjęs ūką), nuo to laiko jis buvo reguliariai tiriamas. Iki 1918 m. Jo optinė srovė tapo pirmąja tokio pobūdžio nuotrauka.
Dėl artumo astronomai galėjo kruopščiai ištirti „Messier 87“ srovę - nubrėždami jos struktūrą ir plazmos greitį bei išmatuodami temperatūrą ir dalelių tankį šalia srovės srauto. Lėktuvo ribos buvo išsamiai ištirtos, kad tyrėjai atrado, kad jis buvo homogeniškas išilgai ilgio ir pakeitė formą, kuo toliau jis pratęsė (pereidamas iš parabolinio į kūginį).
Visi šie stebėjimai leido astronomams patikrinti hipotezes dėl aktyvių galaktikų struktūros ir santykio tarp reaktyvo formos pokyčių ir juodosios skylės įtakos galaktikos branduolyje. Šiuo atveju tarptautinė tyrimų komanda pasinaudojo šiuo ryšiu ir nustatė M87s SMBH masę.
Komanda taip pat rėmėsi teoriniais modeliais, numatančiais reaktyvinio lėktuvo lūžį, kurie leido jiems sukurti modelį, kuriame SMBH masė tiksliai atkartotų stebimą M87 reaktyvinio lėktuvo formą. Išmatavę purkštuko plotį ir atstumą tarp šerdies ir jo formos lūžio, jie taip pat nustatė, kad M87 purkštuko riba yra sudaryta iš dviejų segmentų, turinčių dvi skiriamąsias kreives.
Galų gale teorinių modelių, stebėjimų ir kompiuterinių skaičiavimų derinys leido komandai netiesiogiai išmatuoti juodosios skylės masę ir nugaros greitį. Šis tyrimas ne tik pateikia naują juodųjų skylių įvertinimo modelį ir naują purkštukų matavimo būdą, bet taip pat patvirtina hipotezes, kuriomis grindžiama purkštukų struktūra.
Iš esmės komandos rezultatai srovę apibūdina kaip įmagnetinto skysčio srautą, kur formą lemia jame esantis elektromagnetinis laukas. Tai, savo ruožtu, yra priklausomi dalykai, tokie kaip purkštuko dalelių greitis ir įkrova, elektros srovė srovėje ir greitis, kuriuo SMBH kaupiasi medžiaga iš aplinkinio disko.
Visų šių veiksnių sąveika lemia pastebėtą purkštuko formos lūžį, kuris vėliau gali būti naudojamas ekstrapoliuojant SMBH masę ir kaip greitai ji sukasi. Elena Nokhrina, tyrime dalyvavusios MIPT laboratorijos vadovo pavaduotoja ir pagrindinė autorė komandos dokumente aprašo metodą, kurį jie sukūrė taip:
„Naujas nepriklausomas metodas įvertinti juodųjų skylių masę ir nugara yra pagrindinis mūsų darbo rezultatas. Nors jo tikslumas yra palyginamas su esamų metodų tikslumu, jis turi pranašumą tuo, kad priartina mus prie galutinio tikslo. Būtent tobulinant pagrindinio „variklio“ parametrus, kad būtų galima geriau suprasti jo pobūdį “.
Kadangi yra sudėtingų prietaisų, skirtų studijuoti SMBH (pvz., „Event Horizon“ teleskopas), ir naujos kartos kosminius teleskopus, kurie netrukus pradės veikti, neužtruks, kol šis naujasis modelis bus kruopščiai išbandytas. Geras kandidatas būtų Šaulys A *, SMBH mūsų galaktikos centre, kuris, manoma, yra nuo 3,5 milijono iki 4,7 milijono Saulės masių.
Be tikslesnių šios masės apribojimų, būsimi stebėjimai taip pat galėtų nustatyti, koks aktyvus (ar neaktyvus) mūsų galaktikos branduolys. Šios ir kitos juodosios skylės paslaptys laukia!
