Încă de la descoperirea Săgetătorului A * din centrul galaxiei noastre, astronomii au ajuns să înțeleagă că majoritatea galaxiilor masive au o gaură neagră Supermassive (SMBH) în centrul lor. Acestea sunt dovedite de emisiile electromagnetice puternice produse în nucleele acestor galaxii - care sunt cunoscute drept „nuclee galatice active” (AGN) - despre care se crede că sunt cauzate de gazul și praful care se acumulează în SMBH.
De zeci de ani, astronomii studiază lumina provenită de la AGN-uri pentru a determina cât de mari și masive sunt găurile lor negre. Acest lucru a fost dificil, deoarece această lumină este supusă efectului Doppler, ceea ce determină extinderea liniilor sale spectrale. Dar, datorită unui nou model dezvoltat de cercetători din China și SUA, astronomii ar putea fi capabili să studieze aceste regiuni de linii largi (BLR) și să facă estimări mai precise despre masa găurilor negre.
Studiul „Trupele de praf perturbate ca origine a unor linii largi de emisie în nucleele galactice active”, a apărut recent în revista științifică Natură. Studiul a fost condus de Jian-Min Wang, un cercetător de la Institutul de Fizică a Energiei Înalte (IHEP) la Academia Chineză de Științe, cu asistența Universității din Wyoming și a Universității din Nanjing.
Pentru a o descompune, SMBH-urile sunt cunoscute pentru faptul că au un tors de gaz și praf care le înconjoară. Gravitatea găurii negre accelerează gazul din acest torus la viteze de mii de kilometri pe secundă, ceea ce îl determină să se încălzească și să emită radiații la diferite lungimi de undă. Această energie în cele din urmă a depășit întreaga galaxie din jur, ceea ce le permite astronomilor să determine prezența unui SMBH.
După cum a explicat Michael Brotherton, profesor UW la Departamentul de Fizică și Astronomie și coautor al studiului, într-un comunicat de presă UW:
„Oamenii gândesc„ Este o gaură neagră. De ce este atât de luminos? ”O gaură neagră este încă întunecată. Discurile ating temperaturi atât de ridicate încât pun radiații în spectrul electromagnetic, care include raze gamma, raze X, raze UV, infraroșu și unde radio. Gaura neagră și gazul înconjurător care acumulează gaura neagră este combustibil care se aprinde pe quasar. "
Problema cu respectarea acestor regiuni luminoase vine din faptul că gazele din ele se mișcă atât de repede în direcții diferite. În timp ce gazul care se îndepărtează (în raport cu noi) este mutat către capătul roșu al spectrului, gazul care se deplasează spre noi este mutat spre capătul albastru. Acest lucru duce la o regiune de linie largă, unde spectrul luminii emise devine mai mult ca o spirală, ceea ce face ca citirile precise să fie greu de obținut.
În prezent, măsurarea masei SMBH din nucleele galactici activi se bazează pe „tehnica de mapare a reverberației”. Pe scurt, aceasta presupune utilizarea modelelor de computer pentru a examina liniile spectrale simetrice ale unui BLR și măsurarea întârzierilor de timp dintre ele. Se crede că aceste linii provin din gazul care a fost fotionizat de forța gravitațională a SMBH.
Cu toate acestea, întrucât nu se înțelege prea puțin liniile cu emisii largi și diferitele componente ale BLR-urilor, această metodă dă naștere unor incertitudini între 200 și 300%. „Încercăm să obținem întrebări mai detaliate despre regiunile spectrale cu linii largi care ne ajută să diagnosticăm masa găurii negre”, a spus Brotherton. „Oamenii nu știu de unde provin aceste regiuni cu linii mari de emisie sau natura acestui gaz.”
În schimb, echipa condusă de Dr. Wang a adoptat un nou tip de model de computer care a luat în considerare dinamica torusului de gaz din jurul unui SMBH. Ei presupun că acest torus ar fi alcătuit din grupuri discrete de materie care ar fi perturbate în mod neregulat de gaura neagră, ceea ce duce la apariția unor gaze care intră în ea (de asemenea, care se accelerează pe ea) și unele sunt evacuate ca flux.
De aici, ei au descoperit că liniile de emisie dintr-un BLR sunt supuse a trei caracteristici - „asimetrie”, „formă” și „deplasare”. După ce au examinat diferite linii de emisii - atât simetrice cât și asimetrice - au descoperit că aceste trei caracteristici depindeau puternic de cât de strălucitoare au fost aglomerațiile de gaz, pe care le-au interpretat ca fiind un rezultat al unghiului mișcării lor în torus. Sau așa cum a spus Dr. Brotherton:
„Ceea ce propunem noi se întâmplă este că aceste aglomerați de praf se mișcă. Unii se lovesc între ei și se contopesc și schimbă viteza. Poate se mută în cvasarul, unde trăiește gaura neagră. Unele dintre grupări se întorc din regiunea cu linie largă. Unii sunt dat afară.
În cele din urmă, noul lor model sugerează că grupurile de materie perturbate în mod neregulat de la un tors cu o gaură neagră pot reprezenta sursa de gaz BLR. Comparativ cu modelele anterioare, cel conceput de Dr. Wang și colegii săi stabilește o legătură între diferite procese-cheie și componente în vecinătatea unui SMBH. Acestea includ alimentarea găurii negre, sursa de gaz fotionizat și torusul prăfuit în sine.
Deși această cercetare nu rezolvă toate misterele care înconjoară AGN-urile, este un pas important spre obținerea estimărilor de masă exacte ale SMBH-urilor pe baza liniilor lor spectrale. Dintre aceștia, astronomii ar putea fi capabili să determine mai exact ce rol au jucat aceste găuri negre în evoluția galaxiilor mari.
Studiul a fost posibil datorită sprijinului oferit de Programul cheie național pentru cercetare și dezvoltare a științei și tehnologiei și de Programul cheie de cercetare a științelor frontierelor, ambele administrate de Academia Chineză de Științe.
