Още от откриването на Стрелец А * в центъра на нашата галактика, астрономите разбраха, че повечето масивни галактики имат в основата си Супермасивна черна дупка (SMBH). Те се доказват от мощните електромагнитни емисии, произведени в ядрата на тези галактики - известни като „Активни галатични ядра“ (AGN) - за които се смята, че се причиняват от газ и прах, натрупващи се в SMBH.
От десетилетия астрономите изучават светлината, идваща от AGN, за да определят колко големи и масивни са техните черни дупки. Това е било трудно, тъй като тази светлина е подложена на ефекта на Доплер, което кара нейните спектрални линии да се разширяват. Но благодарение на нов модел, разработен от изследователи от Китай и САЩ, астрономите може да успеят да изучат тези широколинейни региони (BLRs) и да направят по-точни оценки за масата на черните дупки.
Изследването, „Прилично разрушени прашни бучки като произход на широки емисионни линии в активни галактически ядра“, наскоро се появи в научното списание природа, Изследването беше ръководено от Jian-Min Wang, изследовател от Института за физика на висока енергия (IHEP) към Китайската академия на науките, с помощта на Университета в Уайоминг и Университета в Нанкин.
За да го разрушат, SMBHs са известни с това, че имат тор с газ и прах, който ги заобикаля. Гравитацията на черната дупка ускорява газа в този торус до скорости от хиляди километри в секунда, което го кара да се нагрява и излъчва радиация с различна дължина на вълната. Тази енергия в крайна сметка надхитри цялата обкръжаваща галактика, което е това, което позволява на астрономите да определят наличието на SMBH.
Както Майкъл Братън, преподавател в Университета на катедрата по физика и астрономия и съавтор на изследването, обясни в прессъобщението на UW:
„Хората си мислят:„ Това е черна дупка. Защо е толкова светло? ”Черната дупка все още е тъмна. Дисковете достигат толкова високи температури, че излагат радиация в електромагнитния спектър, който включва гама лъчи, рентгенови лъчи, UV, инфрачервени и радиовълни. Черната дупка и околният акумулиращ газ, с който черната дупка се захранва, е гориво, което се включва на квазара. "
Проблемът с наблюдаването на тези светли региони идва от факта, че газовете в тях се движат толкова бързо в различни посоки. Докато газът, който се отдалечава (спрямо нас), се измества към червения край на спектъра, газът, който се движи към нас, се измества към синия край. Това води до широколентов регион, където спектърът на излъчената светлина става по-скоро като спирала, което прави трудно да се получат точните показания.
Понастоящем измерването на масата на SMBH в активни галактически ядра се основава на „техниката за картографиране на реверберация“. Накратко, това включва използване на компютърни модели за изследване на симетричните спектрални линии на BLR и измерване на времевите закъснения между тях. Смята се, че тези линии възникват от газ, който е фотоионизиран от гравитационната сила на SMBH.
Въпреки това, тъй като има малко разбиране за широките емисионни линии и различните компоненти на BLRs, този метод води до известна несигурност между 200 и 300%. „Опитваме се да намерим по-подробни въпроси относно спектралните широколинейни региони, които ни помагат да диагностицираме масата на черната дупка“, казва Братън. „Хората не знаят откъде идват тези региони с широка линия на емисии или естеството на този газ.“
За разлика от него, екипът, ръководен от д-р Уанг, прие нов тип компютърен модел, който отчита динамиката на газовия торус около SMBH. Предполага се, че този торус ще се състои от отделни буци материя, които биха били разрушени от черната дупка, което ще доведе до попадането на газ в нея (известен още като аккредимент върху нея), а някои - изхвърлен като изтичане.
От това те установяват, че емисионните линии в BLR се подчиняват на три характеристики - „асиметрия“, „форма“ и „изместване“. След като разгледаха различни линии на емисиите - симетрични и асиметрични - те установиха, че тези три характеристики силно зависят от това колко ярки са газовите струпвания, които те интерпретираха като резултат от ъгъла на тяхното движение в рамките на тора. Или както го каза д-р Братън:
„Това, което предлагаме да се случи е, че тези прашни бучки се движат. Някои се блъскат един в друг и се сливат, и променят скоростта. Може би те се преместват в квазара, където живее черната дупка. Някои от бучките се въртят от региона с широка линия. Някои биват изхвърлени. "
В крайна сметка, новият им модел предполага, че прекъснато разрушените бучки материя от тора на черната дупка могат да представляват източника на BLR газ. В сравнение с предишни модели, този, разработен от д-р Уанг и неговите колеги, установява връзка между различни ключови процеси и компоненти в близост до SMBH. Те включват захранването на черната дупка, източника на фотоионизиран газ и самия прашен торус.
Въпреки че това изследване не разрешава всички мистерии около AGN, това е важна стъпка към получаване на точни оценки на масата на SMBH на базата на техните спектрални линии. От тях астрономите биха могли да могат по-точно да определят каква роля играят тези черни дупки в еволюцията на големите галактики.
Изследването стана възможно благодарение на подкрепата, предоставена от Националната ключова програма за научни и технологични изследвания и развитие и Ключовата изследователска програма за погранични науки, като двете се управляват от Китайската академия на науките.
