Астрофизика

Можно ли измерить массу сверхмассивной черной дыры?

Чтобы получить новые знания, астрономы планируют наблюдать спиральную галактику, в центре которой находится сверхмассивная черная дыра. Они будут собирать данные с помощью космического телескопа НАСА имени Джеймса Уэбба, который должен быть запущен в 2021 году. Оценив движения звезд вокруг черной дыры, они смогут определить массу черной дыры.

За последнее десятилетие ученые поняли, что в большинстве галактик есть как минимум одна сверхмассивная черная дыра в их центральных областях. На самом деле, большинство вещей об этих центральных, супермассивных черных дырах еще не поняты.

Чтобы извлечь новую информацию, телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба обратит свой инфракрасный взгляд к центру промежуточной спиральной галактики Сейферта, NGC 4151 (также известная как Око Саурона). На расстоянии 62 миллионов световых лет она является одной из ближайших галактик, в которой находится активно питающаяся и светящаяся сверхмассивная черная дыра.

Впервые галактика была обнаружена в 1970 году рентгеновским спутником обсерватории Ухуру. Он выглядит как средняя спираль, которая содержит сверхмассивную черную дыру (с массой Солнца почти в 40 миллионов раз) в ее центре.

Телескоп Джеймса Уэбба (который будет запущен в 2021 году) будет изучать каждую фазу в истории нашей Вселенной. Команда астрономов будет использовать его для определения массы черной дыры, расположенной в центре NGC 4151. Хотя результат может показаться пустяком, он поможет нам понять, как черные дыры питаются и влияют на окружающую их галактику. Это в конечном итоге улучшит наше понимание многочисленных галактик во Вселенной.

Как взвесить сверхмассивные черные дыры?

Существует много методов измерения массы сверхмассивной черной дыры: один из них основан на определении движений звезд в ядре галактики. Поскольку на движение звезды сильно влияют действующие на нее силы гравитации, можно сказать, что чем быстрее они движутся, тем тяжелее черная дыра.

Это не так просто, как кажется: сверхмассивнаяй черная дыра NGC 4151 жадно поглощает материю. Таким образом, материя, вращающаяся вокруг своего аккреционного диска, ярко светится, подавляя более слабый свет от соседних звезд.

Спиральная галактика NGC 4151 / Фото: NASA / ESA

Однако 6,5-метровое основное зеркало Уэбба обеспечит острое зрение, которое достаточно мощно, чтобы захватить более слабые объекты в центре NGC 4151, даже если там есть чрезвычайно яркий диск.

Астрономы полагают, что они смогут исследовать галактику на расстоянии 1000 световых лет (с центральной областью) и вычислить движение звезд в масштабе 15 световых лет.

Как они этого достигнут?

Астрономы будут использовать интегральный полевой модуль телескопа ближнего инфракрасного спектра, который будет функционировать в диапазоне длин волн от 0,6 до 5 мкм. Он проанализирует спектр объекта и оценит его физические свойства, такие как химический состав, масса и температура.

Этот интегральный блок поля захватит свет от каждой области в изображении и разделит его в спектр радуги. Чтобы точно выполнить эту задачу, телескоп Уэбба будет оснащен почти 100 зеркалами, плотно упакованными в оборудование размером с ноутбук. Эти зеркала могут эффективно разделить небольшую (квадратную) часть неба на полосы и пространственно распределить свет от полос в длину волны.

Таким образом, одно изображение даст тысячу спектров. Каждый спектр откроет новое понимание газа и звезд в этой конкретной области неба, а также их относительные движения.

Рендеринг космического телескопа Уэбба / Фото: NASA

Однако одних только данных телескопа Уэбба будет недостаточно, чтобы вычислить движение каждой звезды. Он будет только предоставлять информацию о наборе звезд, очень близких к центру NGC 4151. Команда будет использовать компьютерные модели для измерения силы гравитационного поля, действующего на звезды, которая пропорциональна размеру черной дыры.

Компьютерная модель производит десятки тысяч фиктивных звезд, которые имитируют движение реальных звезд в NGC 4151. Они будут моделировать различные типы черных дыр, чтобы увидеть, что идеально согласуется с наблюдениями.

Затем они сравнят результат с другой техникой, которая фокусируется на газе (а не на звездах) в центре галактики. Не имеет значения, какой метод применяется, результат должен быть таким же, пока они наблюдают одну и ту же черную дыру.

Подписывайтесь на нас
Back to top button