Астрономы "взвесили" огромную черную дыру с высокой точностью при помощи телескопа ALMA - «Наука и технологии»

Известно, что черные дыры - это огромные космические объекты, масса которых во много тысяч и миллионов раз превышает массу Солнца. Но каким образом ученым-астрономам удается измерить массу этих объектов? Ведь к ним невозможно добраться, да и инструментов, которые способны сделать такое напрямую в распоряжении человечества еще не имеется. Однако у астрономов имеется множество хитрых методов, при помощи которых можно определить массу любых массивных объектов во Вселенной, включая и черные дыры.

Используя крупнейшую и самую мощную в мире радиообсерваторию, астрономы смогли сделать подробный снимок центральной части эллиптической галактики под названием 1332 NGC, которая находится на расстоянии 75 миллионов световых лет от Земли. Этот снимок дал в руки ученых точное представление облаков газа, циркулирующих вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики. Известно, что практически все галактики содержат в своем ядре сверхмассивную черную дыру, но черная дыра галактики 1332 NGC выделяется из общего ряда, ее масса превышает массу Солнца в 660 миллионов раз.

Для проведения высокоточных измерений массы вышеупомянутой черной дыры астрономы использовали массив радиотелескопов Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), который располагается в пустыне Атакама, Чили. Даже возможностей и этого самого современного инструмента не было достаточно для проведения прямых наблюдений за черной дырой на таком расстоянии. Но этих возможностей вполне хватило для того, чтобы измерить скорость, уровень турбулентности и прочие параметры сильнейших "штормов" космических газов, возникающих в районе гравитационного колодца черной дыры.

"Для того, чтобы измерить массу черной дыры в центре галактики, нам требуется измерить скорость чего-то, движущегося по кругу возле нее" - рассказывает Аарон Барт (Aaron Barth), ученый-астроном из Калифорнийского университета в Ирвине, - "Для проведения высокоточных измерений мы должны получить изображение центра исследуемой галактики в таком масштабе, где доминирующими силами являются гравитационные силы черной дыры. И телескоп ALMA является самым подходящим инструментом для проведения таких измерений".

В данном случае в качестве движущихся "измерительных" объектов выступали облака холодного молекулярного газа. При помощи телескопа ALMA ученые сначала измерили расстояние от черной дыры до газового облака, угловую скорость движения облака и его массу. Получив на руки точные значения этих параметров, ученые смогли вычислить массу черной дыры, которая входит в группу "супертяжей" даже среди остальных сверхмассивных черных дыр.

Следует отметить, что облако газа сформировало обширный диск материи, вращающийся на удалении 800 световых лет от черной дыры. Это поистине огромное космическое образование, ведь расстояние от Солнечной системы до другой ближайшей звездной системы, Альфа Центавра, ненамного превышает 4 световых года. Диск газа невидим в оптическом диапазоне и в редких случаях его контуры можно увидеть на фоне света плотных скоплений звезд на заднем плане. Однако телескоп ALMA смотрит в космос в радиочастотном диапазоне, а холодный газ как раз и производит достаточное количество радиоизлучения, что позволяет астрономам видеть с такого большого расстояния относительно небольшие особенности, размером в 16 световых лет.

Столь высокая точность наблюдений позволила астрономам обнаружить в облаке газа сферу влияния гравитации черной дыры, области, размером в 80 световых лет. Газ, попадающий в эту область, резко ускоряется и разгоняется до огромной скорости в 480 километров в секунду.

Ранее астрономы производили измерения массы черных дыр по интенсивности света, излучаемого в видимом диапазоне облаками ионизированного газа в диске "кипящей" материи, которая готовится пройти через горизонт событий черной дыры. Такие измерения производились при помощи космического телескопа Hubble Space Telescope и других оптических телескопов. Но яркость свечения "бурных" облаков газа является крайне непостоянной, что вносит в конечный результат достаточно сильную погрешность. Излучение в радиодиапазоне холодного молекулярного газа, преимущественно CO, обладает более стабильными показателями и это предоставляет астрономам невероятно мощный инструмент для дистанционных измерений размеров, массы и некоторых других параметров космических монстров, коими и являются черные дыры.