Надмасивна чорна діра в русі
Це перший прямийзображення чорної діри, опублікований вченими у квітні 2019 року. На зображенні показано яскраве кільце, утворене у вигляді вигину світла під час сильної сили тяжіння навколо цієї чорної діри, яка в 6,5 мільярдів разів масивніша за наше Сонце. Ця чорна діра знаходиться в центрі галактики M87, всього 55 мільйонівсвітлових роківз Землі. Галактика J0437+2456-яка містить нещодавно відкриту мандрівну чорну діру-розташована в 4 рази далі, на відстані 230 мільйонів світлових років від нас. Зображення черезСпівпраця з телескопом «Горизонт події».
Все в космосі єпереміщення. Але астрономи задаються питанням, чи це можливонадмасивні чорні діри-світлопоглинаючі маси в центрах галактик-для переміщення щодо галактик-господарів. До цього часу відповідь була такоюмабуть. Такий рух буде важким для таких масивних об’єктів, як надмасивні чорні діри, які можуть переважати над нашим Сонцем у мільйони разів. Тепер нове дослідження, опубліковане 12 березня 2021 року, вказує на найбільш переконливий випадок надмасивної чорної діри на ходу. Чорна діра має масу трьох мільйонів Сонців. Схоже, він рухається зі швидкістю 110 000 миль на годину (177 000 км/год) усередині своєї галактики -господаря, J0437+2456.
Що викликає рух, поки невідомо.
Такі результати булиопубліковановрецензований Астрофізичний журнал. Провідний астрономДомінік Пешев Гарвардському Смітсонівському центрі астрофізикирозповів Гарвардській газеті:
Ми не очікуємо, що більшість надмасивних чорних дір рухатиметься; вони зазвичай задовольняються тим, що просто сидять. Вони настільки важкі, що їх важко запустити. Подумайте, наскільки важче бити м'яч для боулінгу в рух, ніж футбольний м'яч, розуміючи, що в цьому випадку 'м'яч для боулінгу' в кілька мільйонів разів перевищує масу нашого Сонця. Для цього буде потрібно досить потужний удар.
Протягом п’яти років Пеше та його колеги дивилися і порівнювали рухи 10 галактик та надмасивних дір, що мешкають у них. Пеше пояснив:
Ми запитали: чи такі ж швидкості чорних дір, як і швидкості галактик, у яких вони проживають? Ми очікуємо, що вони матимуть однакову швидкість. Якщо вони цього не роблять, це означає, що чорна діра була порушена.
Вони виявили, що з 10 галактик дев'ять мають центральні чорні діри, які дійсно перебувають у межах відповідних галактик. Але одного немає!
Домінік Пеше - провідний автор дослідження, яке виявило, що надмасивна чорна діра рухається в межах своєї галактики -господаря. Зображення черезГарвард.
Що могло порушити надмасивну чорну діру всередині галактики J0437+2456, достатню для того, щоб привести її в рух? Іншими словами,чомує центральною чорною дірою цієї далекої галактики - 230 мільйонівсвітлових роківвід нас - рухаючись у межах своєї галактики? Член команди Джим Кондон - радіоастроном уНаціональна радіоастрономічна обсерваторія. Вінпояснив одну можливість:
Ми можемо спостерігати наслідки злиття двох надмасивних чорних дір. Результат такого злиття може призвести до того, що новонароджена чорна діра відступить, і ми можемо спостерігати за нею під час віддачі або коли вона знову осідає.
Але це не єдина можливість. Можливо також, що ці вчені виявили затребувану, але рідко спостерігається ситуацію адвійковийнадмасивна система чорних дір, тобто не одна чорна діра, а дві! Пеще прокоментував цю другу ідею:
Незважаючи на всі очікування, що їх справді повинно бути в деякій кількості, вченим було важко визначити чіткі приклади двійкових надмасивних чорних дір. Те, що ми могли б побачити в галактиці J0437+2456, є однією з чорних дір у такій парі, а інша залишається прихованою для наших радіоспостережень через її відсутністьmaserвикидів.
І є третя можливість. Могла б вийти надмасивна чорна діраіншийгалактика, яка знаходиться в процесі злиття з галактикою J0437+2456. Таким чином, хоча зараз ми бачимо чорну діру в галактиці J0437+2456, J0437+2456 не може бути домашньою галактикою чорної діри.
Ці астрономи закликали до додаткових спостережень, щоб з'ясувати, що відбувається.
У центрі Галактики J0437+2456 є надмасивна чорна діра, яка рухається зі швидкістю близько 110 000 миль на годину (177 000 км/год) щодо самої галактики. Зображення за допомогою Sloan Digital Sky Survey/Гарвардська газета.
Як команда зробила висновки? Вонивперше вивчиврухи галактик за допомогою мережі радіотелескопів, званоїVLBI(це скорочення від Very Long Baseline Interferometry), а такожVLAу Нью -Мексико (скорочення від Карл Г. Янський Дуже великий масив). Підключивши багато телескопів, які знаходяться далеко один від одного, ви зможете спостерігати до набагато більших деталей (більшедозволу, як кажуть астрономи), ніж за допомогою одиночних телескопів.
Такий рівень деталізації необхідний для цих спостережень.
За визначенням, надмасивні чорні діри не видно (звідси їх назва). Отже, щоб здійснити ці спостереження, астрономи повинні дивитися не на самі дірки, а на те, що відбувається навколо них. На щастя, через величезну силу тяжіння надмасивні чорні діри оточені величезнимиаккреційні диски, в якому матеріал бурхливо обертається навколо чорної діри (певним чином нагадує воду, що крутиться навколо зливу ванни). Поки він обертається, матеріал посилає викиди, які астрономи можуть вловити із земнимирадіотелескопи. Тож команда налаштувала телескопи на певний сигнал: сигнал, який очікується від молекул води, що обертаються в аккреційному диску, утворюючи так званіводні мазери.
Детальніше про мазерів та їх порівняння з їхніми близькими родичами, лазерами, читайте тут.
Завдяки цим спостереженням вони виявили, що з 10 досліджених галактик у дев’яти дійсно були чорні діри, які перебували у відповідних галактиках. Та, що цього не зробила - галактика J0437+2456 - була викидом. Потім команда зробила подальші спостереження за допомогою двох інших телескопів, щоб підтвердити цей результат. Вони використовували великий телескоп Аресібо в Пуерто -Ріко для вимірювання основного руху цієї галактики, а телескоп Близнюків Північ на Гаваях для вимірювання руху чорної діри. Вони дійсно підтвердили, що галактика J0437+2456 (назва заснована на її координатах на небі), схоже, має надмасивну чорну діру, яка дійсно знаходиться в русі.
TheКарл Г. Янський Дуже великий масив, яка зазвичай називається VLA, була однією з обсерваторій, які команда використовувала для пошуку однієї галактики у зразку з 10, що містить мандрівну надмасивну чорну діру. Зображення через Терезу Вігерт.
Підсумок: Астрономи виміряли надмасивну чорну діру, яка рухається в межах своєї галактики -господаря.
Джерело: Неспокійна надмасивна чорна діра в галактиці J0437+2456
Джерело: Вимірювання особливого руху надмасивної чорної діри за допомогою мегамазарів H2O