Korzystając z nowego modelu komputerowego, astronomowie ustalili, że czarna dziura w centrum galaktyki M87 jest co najmniej dwa razy większa niż wcześniej sądzono. Ważący 6,4 miliarda razy masę Słońca, jest to najbardziej masywna czarna dziura, jaką dotąd zmierzono, a ten nowy model sugeruje, że akceptowane masy czarnej dziury w innych dużych pobliskich galaktykach mogą być zmniejszone o podobne ilości. Ma to konsekwencje dla teorii powstawania i wzrostu galaktyk, a nawet może rozwiązać długotrwały paradoks astronomiczny.
Astronomowie Karl Gebhardt z University of Texas w Austin i Jens Thomas z Max Planck Institute for Extraterrestrialrial Physics szczegółowo opisali swoje odkrycia w poniedziałek na konferencji American Astronomical Society w Pasadenie w Kalifornii.
Aby spróbować zrozumieć, w jaki sposób galaktyki tworzą się i rosną, astronomowie zaczynają od podstawowych informacji o dzisiejszych galaktykach, takich jak to, z czego są zbudowane, jak duże są i ile ważą. Astronomowie mierzą tę ostatnią kategorię, masę galaktyki, mierząc prędkość gwiazd krążących wokół galaktyki.
Thomas powiedział, że badania masy całkowitej są ważne, ale „kluczowym punktem jest ustalenie, czy masa znajduje się w czarnej dziurze, gwiazdach, czy w ciemnej aureoli. Musisz uruchomić wyrafinowany model, aby móc odkryć, który jest który. Im więcej masz komponentów, tym bardziej skomplikowany jest model. ”
Aby modelować M87, Gebhardt i Thomas wykorzystali jeden z najpotężniejszych superkomputerów na świecie, system Lonestar na University of Texas w Austin's Texas Advanced Computing Center. Lonestar to klaster Dell Linux z 5840 rdzeniami przetwarzającymi i może wykonywać 62 tryliony operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę. (Dzisiejszy nowoczesny laptop ma dwa rdzenie i może wykonywać do 10 miliardów operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę).
Model M87 Gebhardta i Jensa był bardziej skomplikowany niż poprzednie modele galaktyki, ponieważ oprócz modelowania gwiazd i czarnej dziury uwzględnia także „ciemną aureolę” galaktyki, sferyczny region otaczający galaktykę, która rozciąga się poza jej główną widoczna struktura, zawierająca tajemniczą „ciemną materię” galaktyki.
„W przeszłości zawsze uważaliśmy ciemną aureolę za znaczącą, ale nie mieliśmy również zasobów komputerowych, aby ją zbadać” - powiedział Gebhardt. „Wcześniej mogliśmy używać tylko gwiazd i czarnych dziur. Rzuć się w ciemną aureolę, staje się zbyt drogie obliczeniowo, musisz iść do superkomputerów. ”
Wynik Lonestar był masą dla czarnej dziury M87 kilka razy więcej niż poprzednie modele. „W ogóle się tego nie spodziewaliśmy” - powiedział Gebhardt. Powiedział, że on i Jens po prostu chcieli przetestować ich model na „najważniejszej galaktyce”.
Niezwykle masywna i dogodnie usytuowana w pobliżu (z astronomicznego punktu widzenia), M87 była jedną z pierwszych galaktyk, które sugerują schronienie centralnej czarnej dziury prawie trzy dekady temu. Ma również aktywne światło wystrzeliwujące odrzutowo z jądra galaktyki, gdy materia wiruje bliżej czarnej dziury, umożliwiając astronomom badanie procesu, w którym czarne dziury przyciągają materię. Wszystkie te czynniki sprawiają, że M87 jest „kotwicą dla supermasywnych badań nad czarnymi dziurami”, powiedział Gebhardt.
Te nowe wyniki dla M87, wraz z podpowiedziami z innych ostatnich badań i jego ostatnich obserwacji teleskopowych (przygotowywane publikacje), prowadzą go do podejrzeń, że wszystkie masy czarnej dziury dla najbardziej masywnych galaktyk są niedoceniane.
Ten wniosek „jest ważny dla tego, jak czarne dziury odnoszą się do galaktyk” - powiedział Thomas. „Jeśli zmienisz masę czarnej dziury, zmienisz stosunek czarnej dziury do galaktyki”. Istnieje ścisły związek między galaktyką i jej czarną dziurą, który pozwolił badaczom zbadać fizykę wzrostu galaktyk w czasie kosmicznym. Zwiększenie mas czarnej dziury w najbardziej masywnych galaktykach spowoduje ponowne oszacowanie tej relacji.
Wyższe masy czarnych dziur w pobliskich galaktykach mogłyby również rozwiązać paradoks dotyczący mas kwazarów - aktywnych czarnych dziur w centrach bardzo odległych galaktyk, obserwowanych w znacznie wcześniejszej kosmicznej epoce. Kwazary świecą jasno, gdy spirala wchodzi w materiał, wydzielając obfite promieniowanie przed przekroczeniem horyzontu zdarzeń (region, za którym nic - nawet światło - nie może uciec).
„Od dawna istnieje problem polegający na tym, że masy czarnej dziury kwazarowej były bardzo duże - 10 miliardów mas Słońca”, powiedział Gebhardt. „Ale w lokalnych galaktykach nigdy nie widzieliśmy tak ogromnych czarnych dziur. Podejrzewano, że masy kwazarów były w błędzie - powiedział. Ale „jeśli zwiększymy masę M87 dwa lub trzy razy, problem prawie zniknie”.
Dzisiejsze wnioski są oparte na modelach, ale Gebhardt dokonał również nowych obserwacji teleskopowych M87 i innych galaktyk za pomocą nowych potężnych instrumentów w Północnym Teleskopie Gemini i Bardzo Dużym Teleskopie Europejskiego Obserwatorium Południowego. Powiedział, że te dane, które wkrótce zostaną przekazane do publikacji, potwierdzają obecne wnioski modelowe dotyczące masy czarnej dziury.
Do przyszłych obserwacji galaktycznych ciemnych aureoli w teleskopie Gebhardt zauważa, że stosunkowo nowy instrument na University of Texas w obserwatorium McDonald w Austin jest idealny. „Jeśli chcesz zbadać halo, aby uzyskać masę czarnej dziury, nie ma lepszego narzędzia niż VIRUS-P” - powiedział. Instrument jest spektrografem. Oddziela światło od obiektów astronomicznych na długości fal składowych, tworząc sygnaturę, którą można odczytać, aby dowiedzieć się o odległości, prędkości, ruchu, temperaturze i innych obiektach.
VIRUS-P jest dobry do badań nad halo, ponieważ może przyjmować widma na bardzo dużym obszarze nieba, umożliwiając astronomom osiąganie bardzo niskiego poziomu światła w dużych odległościach od centrum galaktyki, gdzie dominuje ciemna aureola. Jest to prototyp, zbudowany w celu przetestowania technologii wchodzącej w skład większego spektrografu VIRUS do nadchodzącego eksperymentu ciemnej energii Hobby-Eberly'ego (HETDEX).
Źródła: AAS, Obserwatorium McDonalda
