Впервые измерена вращающаяся масса, вращающаяся вокруг чудовищной черной дыры

 Активная сверхмассивная черная дыра — одно из величайших чудес космоса.

Аккреционный диск черной дыры в представлении художника. (Фото: sciencealert.com)

Плотный невидимый объект, масса которого может быть в миллиарды раз больше массы нашего Солнца, окружен огромным бурлящим диском и тором материала, пылающим светом, когда он падает на центр черной дыры. Но насколько велики эти структуры?

Впервые однозначное обнаружение ближнего инфракрасного света обнаруживает окраины массивного аккреционного диска, окружающего сверхмассивную черную дыру, масса которой в сотни миллионов раз превышает массу нашего Солнца, в галактике под названием III Zw 002, расположенной примерно в 1,17 миллиарда световых лет от нас.

Эти открытия, проведенные астрономом Денимарой Диас душ Сантос из Национального института космических исследований в Бразилии, выявили аккреционный диск на расстоянии примерно 52 световых дней от черной дыры. Это измерение позволит лучше понять, как питаются гигантские черные дыры.

Материал вокруг черной дыры трудно реконструировать. Несмотря на их размер и явный блеск окружающего материала, расстояния между нами и их галактикой означают, что они все еще слишком малы, чтобы разрешить многие детали.

Не имея возможности напрямую отобразить материал, свет, захваченный окружающей его галактикой, анализируется на наличие определенных сигнатур, указывающих на наличие аккреционного диска.

Одним из таких признаков является так называемый двойной пик в спектре излучения. Это происходит в результате вращения. Эмиссия — это свет, который излучается, когда возбужденный атом теряет энергию; эта энергия проявляется в виде свечения, длина волны которого зависит от элемента атома.

Теперь представьте себе аккреционный диск вокруг черной дыры, похожий на пластинку на проигрывателе. Часть диска движется к вам; другая часть уходит. Та часть диска, которая движется к нам, толкает свет так, что длины волн сокращаются; в то время как удаляющаяся часть растягивает ее.

Это означает, что излучение определенного элемента проявляется на двух длинах волн, образуя двойной пик в спектре.

Двойные пики вокруг сверхмассивных черных дыр обнаруживались и раньше, но предыдущие обнаружения происходили из точки, относительно близкой к черной дыре, известной как область узких линий. Это не дает много информации о полном размере аккреционного диска.

Иллюстрация, демонстрирующая аккреционный диск вокруг черной дыры и двухпиковое излучение. (Фото: sciencealert.com)

Диас душ Сантос и ее коллеги обнаружили два двойных пика – и оба они были не из области узких линий, а гораздо дальше от черной дыры, в так называемой области широких линий аккреционного диска.

Это первое обнаружение двойных пиков в области широкой линии и первое обнаружение двойных пиков с использованием прибора ближнего инфракрасного диапазона.

«Впервые обнаружение таких двухпиковых профилей накладывает жесткие ограничения на геометрию области, которую иначе невозможно определить», — говорит астрофизик Альберто Родригес-Ардила из Национальной астрофизической лаборатории в Бразилии.

«И теперь у нас есть четкие доказательства процесса питания и внутренней структуры активной галактики».

Два двойных пика: водород слева и кислород справа. (Фото: sciencealert.com)

Первый двойной пик из внутренней части области широкой линии принадлежал водороду. Моделирование предполагает, что это произошло на расстоянии 16,77 световых дней от черной дыры.

Второе, обнаружение кислорода, произошло на окраине региона, примерно в 18,86 световых днях от черной дыры. Моделирование также предполагает, что область широкой линии простирается на радиус 52,43 световых дня от черной дыры.

Это 9078 астрономических единиц. Для сравнения: Плутон находится в 40 астрономических единицах от Солнца.

Это кажется огромным, и нам это так и есть, но это вполне согласуется с попытками измерить размер аккреционных дисков, используя эхо света, отражающегося от внутреннего края тора, размер, который исследователи называют в своей статье «компактным». .

Команда продолжит следить за галактикой, чтобы увидеть, соответствует ли ее текущее поведение их прогнозам.

«Это открытие дает нам ценную информацию о структуре и поведении области широких линий в этой конкретной галактике, проливая свет на удивительные явления, происходящие вокруг сверхмассивных черных дыр в активных галактиках», — говорит Родригес-Ардила.

Источник