Черните дупки са най-интригуващите и вдъхновяващи силите на природата. Те са и едни от най-загадъчните заради начина, по който правилата на конвенционалната физика се разграждат в тяхно присъствие. Въпреки десетилетия на проучвания и наблюдения, все още има много, за които не знаем. Всъщност доскоро астрономите никога не бяха виждали изображение на черна дупка и не бяха в състояние да определят масата си.
Екип физик от Московския институт по физика и технологии (MIPT) обаче наскоро обяви, че са измислили начин за индиректно измерване на масата на черна дупка, като същевременно потвърждават нейното съществуване. В скорошно проучване те показаха как тестват този метод върху наскоро изобразената свръхмасивна черна дупка в центъра на активната галактика Messier 87.
Проучването се появи в августовския брой на Месечни известия на Кралското астрономическо дружество, В допълнение към изследователи от MIPT, екипът включва членове на Съвместния институт за VLBI ERIC (JIVE), базиран в Холандия, на Института по астрономия и астрофизика на Академия Синика в Тайван и на обсерваторията на VILBI Mizusawa в Япония на NOAJ в Япония.
От десетилетия астрономите знаят, че повечето масивни галактики имат в центъра си супермасивна черна дупка (SMBH). Наличието на тази SMBH води до значително количество активност в ядрото, при което газът и прахът попадат в аккреционния диск и се ускоряват до скорости, които ги причиняват да излъчват светлина, както и радио, микровълнова, рентгенова и гама- лъчево лъчение.
За някои галактики количеството радиация, произведено от основния участък, е толкова ярко, че всъщност надделява над светлината, идваща от всички звезди в диска му. Те са известни като галактики с активни галактични ядра (AGN), тъй като имат активни ядра, а други галактики са сравнително „тихи“. Друг идентификационен индикатор, че дадена галактика е активна, са дългите лъчи на прегрята материя, които се простират.
Тези „релативистични струи“, които могат да се простират за милиони светлинни години навън, са така наречени, тъй като материалът в тях се ускорява до част от скоростта на светлината. Въпреки че тези самолети все още не са напълно разбрани, настоящият консенсус е, че те се получават от определен „двигателен ефект“, причинен от бързо въртящ се SMBH.
Добър пример за активна галактика с релативистка струя е Месиер 87 (известен още като Дева А), свръхгигантска галактика, разположена в посока на съзвездието Дева. Тази галактика е най-близката активна галактика до Земята и следователно една от най-добре проучените. Първоначално открит през 1781 г. от Чарлз Месиер (който го е приел за мъглявина), той е изучаван редовно оттогава. До 1918 г. оптичната му струя става първата от този вид, която се наблюдава.
Благодарение на близостта си, астрономите успяха да проучат внимателно струята на Месиер 87 - картографирайки структурата и плазмените му скорости и измервайки температурите и плътността на частиците в близост до потока на струята. Границите на джета са изучени с подробности, че изследователите откриват, че тя е хомогенна по дължината си и е променила формата си по-далеч (като преминава от параболична в конусна).
Всички тези наблюдения позволиха на астрономите да тестват хипотези относно структурата на активните галактики и връзката между промените във формата на струята и влиянието на черната дупка в галактическото ядро. В този случай международният изследователски екип се възползва от тази връзка и да определи масата на M87s SMBH.
Екипът разчита и на теоретични модели, които прогнозират счупване на джет, което им позволи да създадат модел, при който масата на SMBH точно да възпроизведе наблюдаваната форма на струята на M87. Чрез измерване на ширината на струята и разстоянието между сърцевината и пречупването на нейната форма, те също откриха, че струйната граница на M87 е съставена от два сегмента с две отличителни криви.
В крайна сметка комбинацията от теоретични модели, наблюдения и компютърни изчисления позволи на екипа да получи косвено измерване на масата и скоростта на въртене на черната дупка. Това проучване осигурява не само нов модел за оценка на черната дупка и ново средство за измерване на самолети, но също така потвърждава хипотезите, които са в основата на структурата на струите
По същество резултатите от екипа описват струята като поток от намагнетизирана течност, където формата се определя от електромагнитното поле в нея. Това от своя страна зависи от неща като скоростта и зареждането на струйните частици, електрическия ток в струята и скоростта, с която SMBH натрупва материя от заобикалящия я диск.
Взаимодействието между всички тези фактори е причина за наблюдаваното счупване във формата на струя, което след това може да се използва за екстраполиране на SMBHs масата и колко бързо се върти. Елена Nokhrina, заместник-ръководител на лабораторията MIPT, участваща в изследването и водещ автор в документа на екипа, описва метода, който те са разработили по следния начин:
„Новият независим метод за оценка на масата на черната дупка и въртенето е ключов резултат от нашата работа. Въпреки че точността му е сравнима с тази на съществуващите методи, тя има предимство в това, че ни приближава до крайната цел. А именно, прецизиране на параметрите на ядрото „мотор“, за да се разбере по-задълбочено неговата същност. “
Благодарение на наличието на сложни инструменти за изучаване на SMBHs (като телескопа на Event Horizon) и космическите телескопи от ново поколение, които ще започнат да функционират скоро, няма да отнеме много време, за да бъде задълбочено тестван този нов модел. Добър кандидат би бил Стрелец А *, SMBH в центъра на нашата галактика, който се изчислява на между 3,5 милиона 4,7 милиона слънчеви маси.
В допълнение към поставянето на по-точни ограничения върху тази маса, бъдещите наблюдения биха могли също да определят колко активно (или неактивно) е ядрото на нашата галактика. Тези и други загадки с черни дупки очакват!
