Už od objavenia Strelca A * v centre našej galaxie astronómovia pochopili, že väčšina masívnych galaxií má vo svojom jadre Supermassive Black Hole (SMBH). Dôkazom toho sú silné elektromagnetické emisie produkované v jadrách týchto galaxií - ktoré sú známe ako „aktívne galatické jadrá“ (AGN) - o ktorých sa predpokladá, že sú spôsobené hromadením plynu a prachu na SMBH.
Po celé desaťročia astronómovia študovali svetlo prichádzajúce z AGN, aby určili, aké veľké a masívne sú ich čierne diery. Bolo to ťažké, pretože toto svetlo podlieha Dopplerovmu efektu, ktorý spôsobuje rozšírenie jeho spektrálnych čiar. Ale vďaka novému modelu, ktorý vyvinuli vedci z Číny a USA, môžu astronómovia študovať tieto oblasti širokého radu (BLR) a robiť presnejšie odhady množstva čiernych dier.
Štúdia „Prílivne narušené prašné zhluky ako pôvod širokých emisných čiar v aktívnych galaktických jadrách“ sa nedávno objavila vo vedeckom časopise. príroda, Štúdiu viedla Jian-Min Wang, výskumná pracovníčka z Ústavu fyziky vysokých energií (IHEP) na Čínskej akadémii vied, s pomocou University of Wyoming a University of Nanjing.
Aby sme to rozobrali, sú známe, že majú torus plynu a prachu, ktorý ich obklopuje. Gravitácia čiernej diery urýchľuje plyn v tomto toruse na rýchlosti tisíce kilometrov za sekundu, čo spôsobuje, že sa zohrieva a vyžaruje žiarenie na rôznych vlnových dĺžkach. Táto energia nakoniec zatienila celú okolitú galaxiu, čo astronómom umožňuje určiť prítomnosť SMBH.
Ako uviedol Michael Brotherton, profesor UW na Katedre fyziky a astronómie a spoluautor štúdie, v tlačovej správe UW uviedol:
"Ľudia si myslia, že je to čierna diera." Prečo je taký jasný? “Čierna diera je stále tmavá. Disky dosahujú také vysoké teploty, že vydávajú žiarenie cez elektromagnetické spektrum, ktoré zahŕňa gama lúče, röntgenové žiarenie, UV žiarenie, infračervené žiarenie a rádiové vlny. Čierna diera a okolitý narastajúci plyn, ktorý čierna diera dodáva, je palivo, ktoré zapína kvázar. “
Problém s pozorovaním týchto svetlých oblastí vychádza zo skutočnosti, že plyny v nich sa pohybujú tak rýchlo rôznymi smermi. Zatiaľ čo plyn, ktorý sa pohybuje smerom k nám (vzhľadom na nás), sa posúva smerom k červenému koncu spektra, plyn, ktorý sa pohybuje smerom k nám, sa posúva smerom k modrému koncu. To vedie k širokopásmovej oblasti, kde sa spektrum emitovaného svetla stáva skôr špirálou, čo sťažuje získanie presných údajov.
V súčasnosti sa meranie hmotnosti SMBH v aktívnych galaktických jadrách opiera o „techniku mapovania dozvuku“. V skratke to zahŕňa použitie počítačových modelov na preskúmanie symetrických spektrálnych čiar BLR a meranie časových oneskorení medzi nimi. Predpokladá sa, že tieto vedenia pochádzajú z plynu, ktorý bol fotoionizovaný gravitačnou silou SMBH.
Keďže však nie je dostatočne známe veľké emisné vedenie a rôzne zložky BLR, táto metóda vedie k určitým nepresnostiam medzi 200 a 300%. „Snažíme sa získať podrobnejšie otázky týkajúce sa spektrálnych širokospektrálnych oblastí, ktoré nám pomáhajú diagnostikovať masu čiernych dier,“ povedal Brotherton. „Ľudia nevedia, odkiaľ pochádzajú tieto oblasti s veľkými emisiami alebo charakter tohto plynu.“
Naproti tomu tím vedený Dr. Wangom prijal nový typ počítačového modelu, ktorý zvažoval dynamiku torusu plynu obklopujúceho SMBH. Predpokladajú, že tento torus by sa skladal z diskrétnych zhlukov hmoty, ktoré by boli čerstvo prerušené čiernou dierou, čo by malo za následok to, že do neho bude prúdiť nejaký plyn (tiež naň narastá) a niektoré z nich budú vytlačené ako odtok.
Z toho zistili, že emisné vedenia v BLR podliehajú trom charakteristikám - „asymetria“, „tvar“ a „posun“. Po preskúmaní rôznych emisných línií - symetrických aj asymetrických - zistili, že tieto tri charakteristiky sú silne závislé od toho, ako jasné sú plynové zhluky, čo interpretovali ako výsledok uhla ich pohybu v toruse. Alebo ako to povedal Dr. Brotherton:
„Navrhujeme, aby sa tieto prašné zhluky pohybovali. Niektorí do seba narazili a zlúčili sa a zmenili rýchlosť. Možno sa presunú do kvasaru, kde žije čierna diera. Niektoré zo zhlukov sa točia z oblasti širokých čiar. Niektorí sú vyhodení. “
Nakoniec ich nový model naznačuje, že príliv plynu BLR môžu predstavovať prílivovo narušené zhluky hmoty z torusu čiernej diery. V porovnaní s predchádzajúcimi modelmi ten, ktorý navrhol Dr. Wang a jeho kolegovia, vytvára spojenie medzi rôznymi kľúčovými procesmi a komponentmi v blízkosti SMBH. Patria sem napájanie čiernej diery, zdroj fotoionizovaného plynu a samotný prašný torus.
Aj keď tento výskum nerieši všetky záhady obklopujúce AGN, je to dôležitý krok k získaniu presných odhadov hmotnosti SMBH na základe ich spektrálnych čiar. Z nich by astronómovia dokázali presnejšie určiť, akú úlohu tieto čierne diery hrali pri vývoji veľkých galaxií.
Štúdia bola možná vďaka podpore poskytovanej Národným kľúčovým programom pre vedecký a technologický výskum a vývoj a Kľúčovým výskumným programom hraničných vied, ktoré spravuje Čínska akadémia vied.
