Šiame paveikslėlyje pavaizduota menininko vidinė kvazaro sritis vaizduojanti supermasyvi juodoji skylė. Kai dujų ir dulkių diskas patenka į juodąją skylę, aukšta temperatūra sukuria šviesą. Šios šviesos skirtumai gali padėti astronomams išmatuoti juodosios skylės masę.
(Paveikslėlis: © Nahks Tr'Ehnl / Catherine Grier (Penn State) / SDSS bendradarbiavimas)
Monstrų juodosios skylės slepiasi daugumos visatos galaktikų centruose, o dabar nauja technika padeda mokslininkams išmatuoti kai kurių didžiausių juodųjų skylių masę visatoje, net ir tada, kai jos yra labai silpnų, tolimų centrų. galaktikos. Naujas požiūris galėtų žymiai pagerinti mokslininkų supratimą apie tai, kaip šie behemotai formuojasi ir vystosi, ir kaip jie daro įtaką galaktikų evoliucijai.
„Tai yra pirmas kartas, kai mes tiesiogiai išmatuojome masę tiek daug supermasyvių juodųjų skylių, kurios yra taip toli“, - teigiama „Sloan“ skaitmeninio dangaus tyrimo (SDSS) pranešime sakė Penno valstijos doktorantė Catherine Grier. Grieris vadovavo projektui išmatuoti daugybę vadinamųjų supermasyviųjų juodųjų skylių, naudodamas SDSS duomenis. Rezultatus ji pranešė antradienį (sausio 9 d.) Amerikos astronomijos draugijos susirinkime Nacionaliniame uoste, Merilande.
"Šie nauji matavimai ir tokie pat būsimi matavimai suteiks gyvybiškai svarbios informacijos žmonėms, tiriantiems, kaip galaktikos auga ir vystosi per visą kosminį laiką", - teigė Grier. [Vaizdai: Juodosios Visatos skylės]
Masės matavimo juodosios skylės
Remdamiesi dešimtmečių galaktikos stebėjimais, dabar astronomai teorizuoja, kad beveik kiekvienos didelės galaktikos širdyje yra supermasyvi juodoji skylė (SMBH). Šie monstriški žvėrys gali būti milijonai ar milijardus kartų masyvesni už Žemės saulę. Juodosios skylės neišspinduliuoja ir neatspindi šviesos, todėl šių SMBH negalima tiesiogiai pamatyti. Bet kai SMBH sunkumas traukia dulkes ir dujas iš supančios galaktikos, tai sukuria besisukantį diską medžiagos, kuri patenka į juodąją skylę. Patekusi medžiaga įkaista ir pradeda spinduliuoti šviesą, todėl juodoji skylė tampa „matoma“ (nors netiesiogiai). Kai kuriais atvejais šviesa iš šių diskų tampa ryškesnė nei visos žvaigždės galaktikoje; šios neįtikėtinai ryškios galaktikos tada vadinamos aktyviaisiais galaktikos branduoliais (AGN). Ryškiausias AGN yra vadinamas kvazarais, kuriuos astronomai gali pamatyti visą kelią per matomą visatą; jie nurodo, kad yra supermasyvi juodoji skylė, sakoma pareiškime.
Juodosios skylės turi tik tris išmatuojamas savybes - masę, sukimąsi ir krūvį - todėl masės apskaičiavimas yra didžiulė atskiros juodosios skylės supratimo dalis. Artimose galaktikose astronomai gali stebėti, kaip žvaigždžių ir dujų grupės juda aplink galaktikos centrą, ir panaudoti tuos judesius centrinės juodosios skylės masės nustatymui. Tačiau, pasak pareiškimo, tolimos galaktikos yra taip toli, kad teleskopai negali išspręsti žvaigždžių ir medžiagos debesų aplink juodąją skylę.
Technika, vadinama reverberacijos žemėlapiu, leido astronomams išmatuoti šių nutolusių juodųjų skylių mases. Pirmiausia tyrėjai palygina spinduliuojančių dujų ryškumą išoriniame galaktikos regione su dujų ryškumu, esančiu galaktikos vidiniame regione. (Šis vidinis regionas, labai arti juodosios skylės, žinomas kaip ištisinis regionas). Dujos ištisiniame regione daro įtaką greitai judančioms dujoms. Tačiau šviesa reikalauja laiko, kad galėtų judėti į išorę arba grįžtamai atgal, todėl vėluojama tarp pokyčių, matomų vidiniame regione, ir jų poveikio išoriniam regionui. Išmatuojant vėlavimą paaiškėja, kaip toli išorinis dujų diskas yra nuo juodosios skylės. Kartu su sukimosi greičiu aplink galaktiką astronomai gali išmatuoti SMBH masę, - Grier pasakojo Space.com el. Laiške.
Tačiau procesas vyksta skausmingai lėtai. Norėdami pastebėti atgarsio efektą, atskira galaktika keletą mėnesių turi būti tyrinėjama vėl ir vėl, o tolimi kvazariai gali užtrukti keletą metų pakartotinių stebėjimų, sakoma tyrėjų pranešime. Per pastaruosius 20 metų astronomai sugebėjo naudoti reverberacijos metodą tik apie 60 SMBH gretimose galaktikose ir saujelę tolimų kvazarų.
Dalyvaudami SDSS atgarsio kartografavimo projekte, Grier ir jos kolegos pradėjo kartoti SMBH greičiau nei anksčiau. Raktas į šį greitesnį žemėlapių sudarymą yra specialiai projektui skirtas plačiaekranis teleskopas, esantis „Apache Point“ observatorijoje, Sunspot mieste, Naujojoje Meksikoje, kuris gali rinkti duomenis apie kelis kvazarus tuo pačiu metu, sako Grier. Šiuo metu jis stebi dangų, kuriame yra apie 850 kvazarų.
Tyrinėtojai stebėjo kvazarus su Kanados, Prancūzijos ir Havajų teleskopu Havajuose ir Steward Observatory Bok teleskopu Arizonoje, kad kalibruotų neįtikėtinai silpnų objektų matavimus. Iš viso dabar tyrėjai išmatavo 44 kvazarų reverberacijos laiko uždelsimus, ir jie panaudojo tuos matavimus, norėdami apskaičiuoti juodųjų skylių mases, kurios nuo 5 iki 1,7 milijardo kartų viršija Žemės saulės masę, teigiama pranešime.
„Tai yra didelis žingsnis į priekį kvazarų mokslo link“, - sakoma pranešime Aaronas Barthas, Kalifornijos universiteto Irvine'o astronomijos profesorius, nedalyvavęs komandos tyrime. "Jie pirmą kartą parodė, kad šiuos sunkius matavimus galima atlikti masinės gamybos režimu."
Nauji matavimai padidina bendrą galaktikos SMBH masės matavimų skaičių maždaug dviem trečdaliais. Kadangi daugelis tų galaktikų yra labai toli, nauji matavimai atskleidžia SMBH mases nuo tolimesnio laiko iki tada, kai Visata buvo tik pusė dabartinio amžiaus.
Tęsdama 850 kvazarų stebėjimą su SDSS teleskopu per kelerius metus, komanda sukaups metų duomenis, kurie jiems leis išmatuoti dar silpnesnių kvazarų, kurių ilgesnio laiko uždelsimas negali būti išmatuotas naudojant vienerių metų duomenis, mases.
„Norint gauti gerus matavimus, labai svarbu atlikti kvazarų stebėjimą per kelerius metus“, - teigė Yue Shen, Ilinojaus universiteto docentas ir pagrindinis SDSS atgarsio kartojimo projekto tyrėjas. "Tęsdami savo projektą, kad ateityje stebėtume vis daugiau ir daugiau kvazarų, mes galėsime geriau suprasti, kaip auga ir vystosi supermasyvios juodosios skylės."
Kai dabartinis ketvirtasis SDSS etapas pasibaigs 2020 m., Prasidės penktasis SDSS-V etapas. SDSS-V turi naują programą, pavadintą „Black Hole Mapper“, kurioje tyrėjai planuoja išmatuoti SMBH mases daugiau nei 1 000 kvazarų, stebėdami silpnesnius ir senesnius kvazarus, nei kada nors pavyko pasiekti reverberacijos žemėlapių projektuose.
„Juodosios skylės kartografas leis mums pereiti į supermasyvaus juodųjų skylių atgarsio kartografavimo tikru pramoniniu mastu amžių“, - sakoma Nylo Brandto, Penno valstijos astronomijos ir astrofizikos profesoriaus ir ilgamečio SDSS nario, pranešime. "Mes sužinosime daugiau apie šiuos paslaptingus objektus nei bet kada anksčiau."
