Găurile negre sunt cele mai interesante și uimitoare forțe ale naturii. De asemenea, acestea sunt una dintre cele mai misterioase datorită modului în care regulile fizicii convenționale se descompun în prezența lor. În ciuda a zeci de ani de cercetări și observații, încă nu știm multe despre ele. De fapt, până de curând, astronomii nu văzuseră niciodată o imagine cu gaura neagră și nu au putut să-și guage masa.
Cu toate acestea, o echipă de fizician de la Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova (MIPT) a anunțat recent că au conceput o modalitate de a măsura indirect masa unei găuri negre, confirmând, de asemenea, existența acesteia. Într-un studiu recent, ei au arătat cum au testat această metodă pe gaura neagră supermasivă recent imaginată din centrul galaxiei active Messier 87.
Studiul a apărut în numărul din august al documentului Avize lunare ale Royal Astronomical Society. Pe lângă cercetătorii de la MIPT, echipa a inclus membri de la Institutul comun din Olanda pentru VLBI ERIC (JIVE), Institutul de Astronomie și Astrofizică al Academiei Sinica din Taiwan și Observatorul Mizusawa VLBI al NOAJ din Japonia.
De zeci de ani, astronomii au știut că majoritatea galaxiilor masive au o gaură neagră supermasivă (SMBH) în centrul lor. Prezența acestui SMBH duce la o cantitate considerabilă de activitate în miez, unde gazul și praful se încadrează într-un disc de acumulare și se accelerează până la viteze care le determină să emită lumină, precum și radio, cuptor cu microunde, radiografie și gama- radiații de raze.
Pentru unele galaxii, cantitatea de radiație produsă de regiunea nucleară este atât de strălucitoare încât de fapt, depășește lumina care vine de la toate stelele din discul său combinat. Acestea sunt cunoscute sub denumirea de galaxii nucleare active galactice (AGN), deoarece au nuclee active, iar alte galaxii sunt relativ „liniștite”. Un alt identificator care spune că o galaxie este activă sunt fasciculele lungi de materie supraîncălzită care se extind.
Aceste „jeturi relativiste”, care se pot extinde cu milioane de ani-lumină spre exterior, sunt numite așa, deoarece materialul din ele este accelerat până la o fracțiune a vitezei luminii. Deși aceste avioane nu sunt pe deplin înțelese încă, consensul actual este că acestea sunt produse de un anumit „efect motor” cauzat de un SMBH cu rotire rapidă.
Un bun exemplu de galaxie activă cu jet relativist este Messier 87 (numit Virgo A), o galaxie supergiantă situată în direcția Constelației Fecioare. Această galaxie este cea mai apropiată galaxie activă de pe Pământ și, prin urmare, una dintre cele mai bine studiate. Descoperită inițial în 1781 de Charles Messier (care a confundat-o cu o nebuloasă), a fost studiată în mod regulat de atunci. Până în 1918, jetul său optic a devenit primul de acest fel observat.
Datorită apropierii sale, astronomii au putut studia meticulos jetul lui Messier 87 - cartografierea structurii și a vitezei plasmatice și măsurarea temperaturilor și a densităților de particule în apropierea fluxului jetului. Limitele jetului au fost studiate în detaliu, încât cercetătorii au descoperit că acesta a fost omogen de-a lungul lungimii și și-a schimbat forma cu cât s-a extins (de la parabolic la conic).
Toate aceste observații au permis astronomilor să testeze ipoteze cu privire la structura galaxiilor active și relația dintre schimbările în forma jetului și influența găurii negre din nucleul galactic. În acest caz, echipa internațională de cercetare a profitat de această relație și pentru a determina masa SMBH M87s.
Echipa s-a bazat, de asemenea, pe modele teoretice care prezic pauzele unui jet, ceea ce le-a permis să creeze un model în care masa SMBH să reproducă cu exactitate forma observată a jetului M87. Măsurând lățimea jetului și distanța dintre miez și ruperea formei sale, ei au descoperit, de asemenea, că limita de jet M87 este formată din două segmente cu două curbe distinctive.
La final, combinația de modele teoretice, observații și calcule computerizate a permis echipei să obțină o măsurare indirectă a masei și a vitezei de rotire a găurii negre. Acest studiu nu numai că oferă un nou model de estimare a găurilor negre și un nou mijloc de măsurare pentru jeturi, dar confirmă și ipotezele care stau la baza structurii jeturilor
În esență, rezultatele echipei descriu jetul ca un flux de fluid magnetizat, unde forma este determinată de câmpul electromagnetic din acesta. Acesta, la rândul său, este dependent de lucruri precum viteza și încărcarea particulelor de jet, curentul electric din jet și ritmul cu care SMBH acumulează materia de pe discul său înconjurător.
Interacțiunea dintre toți acești factori este cea care dă naștere la pauzele observate în forma unui jet, care poate fi apoi utilizată pentru extrapolarea masei SMBHs și cât de repede se învârte. Elena Nokhrina, șefa adjunctă a laboratorului MIPT implicat în studiu și autorul principal pe documentele echipei, descrie metoda pe care au dezvoltat-o în felul următor:
„Noua metodă independentă de estimare a masei și rotirii găurilor negre este rezultatul cheie al muncii noastre. Chiar dacă precizia sa este comparabilă cu cea a metodelor existente, are un avantaj prin faptul că ne apropie de obiectivul final. Anume, rafinarea parametrilor „motorului” de bază pentru a-i înțelege mai profund natura. ”
Datorită disponibilității instrumentelor sofisticate pentru studierea SMBH-urilor (cum ar fi Telescopul orizontului de evenimente) și a telescoapelor spațiale de generație următoare, care vor fi funcționale în curând, nu va dura mult timp pentru ca acest nou model să fie testat în profunzime. Un bun candidat ar fi Săgetătorul A *, SMBH din centrul galaxiei noastre care se estimează a fi între 3,5 milioane 4,7 milioane de mase solare.
În plus față de plasarea constrângerilor mai precise pe această masă, observațiile viitoare ar putea determina și cât de activ (sau inactiv) este nucleul galaxiei noastre. Astea și alte mistere ale găurilor negre așteaptă!
