Използвайки нов компютърен модел, астрономите са определили, че черната дупка в центъра на галактиката M87 е поне два пъти по-голяма, отколкото се смяташе досега. С тегло 6,4 милиарда пъти по-голяма от масата на Слънцето, тя е най-масивната черна дупка, измерена досега, и този нов модел предполага, че приетите маси на черната дупка в други големи близки галактики може да се отклонят с подобни количества. Това има последици за теориите за това как галактиките се формират и растат и може дори да реши дългогодишен астрономически парадокс.
Астрономите Карл Гебхард от Тексаския университет в Остин и Йенс Томас от Института за извънземна физика Макс Планк подробно откриха своите открития в понеделник на конференцията на Американското астрономическо общество в Пасадена, Калифорния.
За да се опитат да разберат как галактиките се формират и растат, астрономите започват с основна информация за галактиките днес, например от какво са направени, колко са големи и колко тежат. Астрономите измерват тази последна категория, галактическа маса, като набират скоростта на звездите, орбитиращи в рамките на галактиката.
Изследванията на общата маса са важни, каза Томас, но „решаващият момент е да се определи дали масата е в черната дупка, звездите или тъмния ореол. Трябва да стартирате сложен модел, за да можете да откриете кое е кое. Колкото повече компоненти имате, толкова по-сложен е моделът. “
За да моделират M87, Гебхард и Томас използваха един от най-мощните суперкомпютри в света, системата Lonestar в Тексаския университет в Тексаския разширен изчислителен център в Остин. Lonestar е клъстер на Dell Linux с 5 840 ядра за обработка и може да извършва 62 трилиона операции с плаваща запетая в секунда. (Днес най-върховият лаптоп компютър има две ядра и може да извършва до 10 милиарда операции с плаваща запетая в секунда.)
Моделът на Гебхард и Йенс на M87 беше по-сложен от предишните модели на галактиката, защото освен че моделира звездите и черната си дупка, той взема предвид „тъмния ореол на галактиката“, сферичен регион, обграждащ галактика, която се простира извън основната видима структура, съдържаща загадъчната „тъмна материя“ на галактиката.
„В миналото винаги сме считали, че тъмният ореол е значителен, но не разполагахме с изчислителни ресурси, за да го изследваме също“, казва Гебхард. „Преди можехме да използваме само звезди и черни дупки. Хвърлянето в тъмния ореол става твърде изчислително скъпо, трябва да отидете на суперкомпютри. "
Резултатът от Lonestar беше маса за черната дупка на M87 няколко пъти, отколкото предишните модели. „Изобщо не го очаквахме“, каза Гебхард. Той и Йенс просто искаха да тестват своя модел на „най-важната галактика там“, каза той.
Изключително масивна и удобно наблизо (в астрономическо отношение), M87 беше една от първите галактики, за които се предполагаше да се намира централна черна дупка преди близо три десетилетия. Освен това има активна струя, която изстрелва светлина от ядрото на галактиката, тъй като материята се завърта по-близо до черната дупка, което позволява на астрономите да изучават процеса, чрез който черните дупки привличат материята. Всички тези фактори превръщат M87 в „котвата за супермасивни изследвания на черната дупка“, казва Гебхард.
Тези нови резултати за M87, заедно с намеци от други скорошни проучвания и неговите собствени скорошни наблюдения на телескопа (публикации в подготовка), го карат да подозира, че всички маси на черната дупка за най-масивните галактики са подценени.
Този извод „е важен за това как черните дупки се свързват с галактиките“, каза Томас. "Ако промените масата на черната дупка, вие променяте как черната дупка се свързва с галактиката." Съществува тясна връзка между галактиката и нейната черна дупка, което е позволило на изследователите да проучат физиката на това как растат галактиките през космическото време. Увеличаването на масите на черната дупка в най-масивните галактики ще доведе до преоценяване на тази връзка.
По-високите маси за черни дупки в близките галактики също биха могли да разрешат парадокс относно масите на квазари - активни черни дупки в центровете на изключително далечни галактики, наблюдавани в много по-ранна космическа епоха. Квазарите блестят ярко, докато материалът се спира, излъчвайки обилно излъчване преди да премине хоризонта на събитията (регионът, отвъд който нищо - дори и светлина - не може да избяга).
„Има отдавнашен проблем в това, че масите на квазаровите черни дупки са били много големи - 10 милиарда слънчеви маси“, казва Гебхард. „Но в местните галактики никога не сме виждали черни дупки, които да са масивни, а не почти. Подозрението беше преди, че квазарните маси са сгрешили “, каза той. Но „ако увеличим масата на M87 два или три пъти, проблемът почти отшумява.“
Днешните заключения са базирани на модела, но Гебхард също направи нови телескопски наблюдения на M87 и други галактики, използвайки нови мощни инструменти на Северния телескоп Близнаци и много големия телескоп на Европейската южна обсерватория. Той каза, че тези данни, които скоро ще бъдат представени за публикуване, подкрепят настоящите заключения, основани на модела, относно масата на черната дупка.
За бъдещи телескопни наблюдения на галактически тъмни ореоли Гебхард отбелязва, че сравнително нов инструмент в Тексаския университет в Окрънската обсерватория Макдоналд е перфектен. „Ако трябва да изучите ореола, за да получите масата на черната дупка, няма по-добър инструмент от VIRUS-P“, каза той. Инструментът е спектрограф. Той разделя светлината от астрономическите обекти на нейните компоненти дължини на вълната, създавайки подпис, който може да се чете, за да се разбере разстоянието, скоростта, движението, температурата на обекта и други.
VIRUS-P е добър за халогенни проучвания, тъй като може да вземе спектри в много голяма зона на небето, което позволява на астрономите да достигнат много ниските нива на светлина на големи разстояния от центъра на галактиката, където тъмният ореол е доминиращ. Това е прототип, създаден да тества технологията, влизаща в по-големия спектрограф VIRUS за предстоящия експеримент за тъмна енергия на телескоп Hobby-Eberly (HETDEX).
Източници: AAS, Обсерватория Макдоналд
