Použitím nového počítačového modelu astronómovia určili, že čierna diera v strede galaxie M87 je najmenej dvakrát taká veľká, ako sa doteraz myslelo. Pri hmotnosti 6,4 miliárd krát hmotnosti Slnka je to najmasívnejšia čierna diera, ktorá bola doteraz zmeraná, a tento nový model naznačuje, že akceptované hmotnosti čiernych dier v iných veľkých blízkych galaxiách môžu byť vypnuté o podobné množstvá. To má dôsledky pre teórie o tom, ako sa galaxie formujú a rastú, a mohlo by to dokonca vyriešiť dlhodobý astronomický paradox.
Astronómovia Karl Gebhardt z Texaskej univerzity v Austine a Jens Thomas z Inštitútu Maxa Plancka pre mimozemskú fyziku podrobne informovali o svojich zisteniach v pondelok na konferencii americkej astronomickej spoločnosti v Pasadene v Kalifornii.
Aby sa astronómovia snažili pochopiť, ako sa galaxie formujú a rastú, začínajú základnými informáciami o dnešných galaxiách, ako sú to, z čoho sú vyrobené, aké sú veľké a koľko vážia. Astronómovia merajú túto poslednú kategóriu, hmotu galaxie, sledovaním rýchlosti hviezd obiehajúcich v galaxii.
Štúdie o celkovej hmotnosti sú dôležité, povedal Thomas, ale „zásadným bodom je určiť, či je hmota v čiernej diere, hviezdach alebo temnej svätosti. Aby ste mohli zistiť, ktorý je, musíte spustiť prepracovaný model. Čím viac komponentov máte, tým zložitejší je model. “
Na modelovanie modelu M87 použili Gebhardt a Thomas jedného z najvýkonnejších superpočítačov na svete, systém Lonestar na Texaskej univerzite v Austinovom Texaskom vyspelom výpočtovom centre. Lonestar je klaster Dell Linux s 5 840 spracovateľskými jadrami a môže vykonávať sekundu 62 biliónov operácií s pohyblivou rádovou čiarkou. (Dnešný špičkový prenosný počítač má dve jadrá a dokáže vykonávať až 10 miliárd operácií s pohyblivou rádovou čiarkou za sekundu.)
Gebhardt a Jensov model M87 bol komplikovanejší ako predchádzajúce modely galaxie, pretože okrem modelovania hviezd a čiernej diery berie do úvahy aj „temný halo“ galaxie, ktorá obklopuje galaxiu a ktorá presahuje jej hlavnú viditeľná štruktúra, obsahujúca tajomnú „temnú hmotu“ galaxie.
"V minulosti sme vždy považovali temný halo za významný, ale nemali sme ani výpočtové zdroje na jeho preskúmanie," uviedol Gebhardt. „Doteraz sme boli schopní použiť iba hviezdy a čierne diery. Hoďte v temnej halo, to sa stáva príliš výpočtovo drahé, musíte ísť do superpočítačov. “
Výsledkom Lonestar bola niekoľkokrát hmotnosť čiernej diery M87, ktorú našli predchádzajúce modely. "Nečakali sme to vôbec," povedal Gebhardt. On a Jens jednoducho chceli otestovať svoj model na „najdôležitejšej galaxii tam,“ povedal.
Mimoriadne masívny a pohodlne blízky (v astronomickom vyjadrení), M87 bol jednou z prvých galaxií, ktoré sa pred takmer tromi desaťročiami navrhli prechovávať strednú čiernu dieru. Má tiež aktívne lúčové svetlo, ktoré odstreľuje jadro galaxie, keď sa hmota krúti bližšie k čiernej diere, čo umožňuje astronómom študovať proces, ktorým čierne diery priťahujú hmotu. Všetky tieto faktory robia z M87 „kotvu pre supermasívne štúdie čiernych dier“, povedal Gebhardt.
Tieto nové výsledky pre M87, spolu s radami z iných nedávnych štúdií a jeho vlastnými nedávnymi pozorovaniami ďalekohľadov (pripravované publikácie), ho vedú k podozreniu, že všetky hmoty čiernych dier pre najmasívnejšie galaxie sú podceňované.
Tento záver „je dôležitý pre to, ako sa čierne diery týkajú galaxií,“ povedal Thomas. "Ak zmeníte hmotnosť čiernej diery, zmeníte vzťah medzi čiernou dierou a galaxiou." Medzi galaxiou a jej čiernou dierou je úzky vzťah, ktorý vedcom umožnil skúmať fyziku toho, ako galaxie rastú v kozmickom čase. Zvýšenie hmotnosti čiernych dier v najmasívnejších galaxiách spôsobí prehodnotenie tohto vzťahu.
Vyššie hmotnosti čiernych dier v blízkych galaxiách by tiež mohli vyriešiť paradox týkajúci sa množstva kvázarov - aktívnych čiernych dier v centrách extrémne vzdialených galaxií, ktoré boli pozorované v oveľa skoršej kozmickej epoche. Kvasary žiaria jasne, keď sa materiál špirálovite vlieva a vydáva hojné žiarenie pred prekročením horizontu udalostí (región, za ktorým nemôže uniknúť nič - dokonca ani svetlo).
"Existuje dlhodobý problém v tom, že masy čiernych dier kvasarov boli veľmi veľké - 10 miliárd solárnych hmôt," uviedol Gebhardt. "Ale v miestnych galaxiách sme nikdy nevideli také čierne diery, ktoré by boli masívne, nie zďaleka." Podozrenie bolo skôr, ako sa masy kvasarov mýlili, “povedal. Ale „ak dvakrát alebo trikrát zvýšime hmotnosť M87, problém takmer zmizne.“
Dnešné závery sú založené na modeloch, ale Gebhardt tiež urobil nové pozorovania ďalekohľadov M87 a iných galaxií pomocou nových výkonných prístrojov na severnom ďalekohľade Gemini a veľmi veľkom ďalekohľade Európskej južnej observatória. Uviedol, že tieto údaje, ktoré budú čoskoro predložené na zverejnenie, podporujú súčasné závery modelu týkajúce sa hmoty čiernych dier.
Pokiaľ ide o budúce pozorovanie ďalekohľadov s galaktickými tmavými halom, Gebhardt poznamenáva, že relatívne nový nástroj na Texaskej univerzite v Austinovom observatóriu McDonald je dokonalý. "Ak potrebujete študovať halo, aby ste získali hmotnosť čiernych dier, neexistuje lepší nástroj ako VIRUS-P," uviedol. Prístroj je spektrograf. Rozdeľuje svetlo od astronomických objektov na jeho vlnové dĺžky, čím vytvára podpis, ktorý je možné prečítať a zistiť vzdialenosť objektu, rýchlosť, pohyb, teplotu a ďalšie.
VIRUS-P je vhodný pre halo štúdie, pretože môže snímať spektrá na veľmi veľkej ploche oblohy, čo umožňuje astronómom dosiahnuť veľmi nízke úrovne svetla vo veľkých vzdialenostiach od stredu galaxie, kde je dominantný tmavý halo. Je to prototyp, ktorý bol vyvinutý na testovanie technológie siahajúcej do väčšieho spektrografu VIRUS pre nadchádzajúci experiment s temnou energiou Hobby-Eberly (HETDEX).
Zdroje: AAS, McDonald Observatory
