Črne luknje so najbolj intrigantne in navdušujoče sile narave. Prav tako so ena najbolj skrivnostnih zaradi načina, kako se v njihovi prisotnosti kršijo pravila običajne fizike. Kljub desetletjem raziskav in opazovanj še vedno veliko o njih ne vemo. Pravzaprav do nedavnega astronomi niso videli slike črne luknje in niso mogli določiti svoje mase.
Vendar je ekipa fizikov z moskovskega inštituta za fiziko in tehnologijo (MIPT) pred kratkim sporočila, da so si zamislili način za posredno merjenje mase črne luknje, hkrati pa potrdili njen obstoj. V nedavni raziskavi so pokazali, kako so preizkusili to metodo na nedavno posneti supermasivni črni luknji v središču aktivne galaksije Messier 87.
Študija se je pojavila v avgustovski številki revije Mesečna obvestila Royal Astronomical Society. Poleg raziskovalcev MIPT so v ekipo sodelovali tudi člani nizozemskega Skupnega inštituta za VLBI ERIC (JIVE), Inštituta astronomije in astrofizike Academia Sinica na Tajvanu in NOJ-ovega Mizusawa VLBI observatorija na Japonskem.
Že desetletja astronomi vedo, da ima večina množičnih galaksij v svojem središču supermasivno črno luknjo (SMBH). Prisotnost tega SMBH vodi do velike količine aktivnosti v jedru, kjer plin in prah padeta v akrecijski disk in se pospešita do hitrosti, ki povzročajo oddajanje svetlobe, pa tudi radio, mikrovalovno pečico, rentgen in gama oz. sevalno žarčenje.
Za nekatere galaksije je količina sevanja, ki ga proizvede osrednje območje, tako svetla, da dejansko prevzame svetlobo, ki prihaja iz vseh zvezd na svojem disku skupaj. Ti so znani kot aktivne galaktične jedre (AGN), saj imajo aktivna jedra, druge galaksije pa so sorazmerno »tihe«. Drugi identifikator, ki kaže, da je galaksija aktivna, so dolgi prameni pregrete snovi.
Ti "relativistični curki", ki se lahko raztezajo na milijone svetlobnih let navzven, so tako imenovani, ker se material v njih pospeši na delček hitrosti svetlobe. Medtem ko teh curkov še ne razumemo v celoti, je trenutno soglasje, da jih proizvaja določen "motorični učinek", ki ga povzroča hitro vrteč se SMBH.
Dober primer aktivne galaksije z relativističnim curkom je Messier 87 (aka. Devica A), nadčudovita galaksija, ki se nahaja v smeri konstelacije Device. Ta galaksija je najbližja aktivna galaksija Zemlji in zato ena najbolje raziskanih. Prvotno ga je leta 1781 odkril Charles Messier (ki ga je napačno vzel za meglico), od takrat pa ga redno preučujejo. Do leta 1918 je njegov optični curek postal prvi te vrste, ki so ga opazili.
Zahvaljujoč bližini so astronomi lahko natančno preučili curek Messier-87 - preslikali njegovo strukturo in hitrost v plazmi ter izmerili temperature in gostoto delcev v bližini curka curka. Meje curka so bile podrobno proučene, da so raziskovalci odkrili, da je homogen po svoji dolžini in je spreminjal obliko, kolikor se je razširil (od parabolične do stožčaste).
Vsa ta opazovanja so astronomom omogočala preizkušanje hipotez o strukturi aktivnih galaksij in razmerju med spremembami oblike curka in vplivom črne luknje v galaktičnem jedru. V tem primeru je mednarodna raziskovalna skupina izkoristila to razmerje in določila maso M87s SMBH.
Ekipa se je opirala tudi na teoretične modele, ki napovedujejo zlom letala, ki jim je omogočil, da so ustvarili model, kjer bi masa SMBH natančno reproducirala opaženo obliko curka M87. Z merjenjem širine curka in razdalje med jedrom in prelomom njegove oblike so ugotovili tudi, da je meja curka M87 sestavljena iz dveh segmentov z dvema značilnima krivuljama.
Na koncu je kombinacija teoretičnih modelov, opazovanj in računalniških izračunov ekipi omogočila posredno meritev mase in hitrosti vrtenja črne luknje. Ta študija ne daje samo novega modela za oceno črne luknje in novega merilnega sredstva za curke, ampak tudi potrjuje hipoteze, ki so podlaga za strukturo curkov
V bistvu rezultati ekipe opisujejo curek kot pretok magnetizirane tekočine, kjer obliko določa elektromagnetno polje v njej. To pa je odvisno od hitrosti in naboja delcev curka, električnega toka znotraj curka in hitrosti, s katero SMBH pridobiva materijo iz svojega okoliškega diska.
Povezava med vsemi temi dejavniki je razlog, da opazimo prelom oblike curka, ki ga lahko nato uporabimo za ekstrapolacijo mase SMBH in kako hitro se vrti. Elena Nokhrina, namestnica vodje laboratorija MIPT, ki je sodelovala v študiji in vodilna avtorica v prispevku skupine, opisuje način, ki so ga razvili na naslednji način:
„Nova neodvisna metoda za oceno mase črne luknje je ključni rezultat našega dela. Čeprav je njegova natančnost primerljiva z obstoječimi metodami, ima prednost, ker nas približuje končnemu cilju. Namreč, natančnejše določanje parametrov jedra 'motorja', da bi globlje razumeli njegovo naravo. "
Zahvaljujoč razpoložljivosti sofisticiranih instrumentov za preučevanje SMBH-jev (kot je na primer Event Horizon Telescope) in vesoljskih teleskopov nove generacije, ki bodo kmalu začeli delovati, ne bo potrebno dolgo, da se ta novi model temeljito preizkusi. Dober kandidat bi bil Strelec A *, SMBH v središču naše galaksije, ki naj bi znašal med 3,5 milijona 4,7 milijona sončnih mas.
Poleg postavitve natančnejših omejitev pri tej masi bi lahko prihodnja opazovanja tudi določila, kako aktivno (ali neaktivno) je jedro naše galaksije. Te in druge skrivnosti črne luknje čakajo!
