S pomočjo novega računalniškega modela so astronomi ugotovili, da je črna luknja na sredini galaksije M87 vsaj dvakrat večja, kot so mislili prej. Z maso Sonca je 6,4 milijarde krat večja od največje črne luknje, ki je bila doslej izmerjena, novi model pa nakazuje, da se lahko sprejete mase črnih lukenj v drugih velikih bližnjih galaksijah oddaljijo za podobne količine. To ima posledice za teorije o tem, kako se galaksije oblikujejo in rastejo, in morda celo reši dolgoletni astronomski paradoks.
Astronomi Karl Gebhardt z univerze v Teksasu v Austinu in Jens Thomas z Inštituta za zunajzemeljsko fiziko Max Planck sta podrobno predstavila svoje ugotovitve v ponedeljek na konferenci Ameriškega astronomskega društva v Pasadeni v Kaliforniji.
Da bi poskusili razumeti, kako se galaksije oblikujejo in rastejo, astronomi začnejo z osnovnimi informacijami o današnjih galaksijah, na primer, iz česa so izdelane, kako velike so in koliko tehtajo. Astronomi zadnjo kategorijo, maso galaksije, merijo tako, da določijo hitrost zvezd, ki krožijo znotraj galaksije.
Študije skupne mase so pomembne, je dejal Thomas, vendar je "ključna točka, da ugotovimo, ali je masa v črni luknji, zvezdah ali temnem halu. Zagnati morate prefinjen model, da boste lahko odkrili, kaj je to. Več komponent imate, model je bolj zapleten. "
Gebhardt in Thomas sta za modeliranje M87 uporabila enega najmočnejših svetovnih superračunalnikov, sistem Lonestar na Teksaški univerzi v Teksasovem naprednem računalniškem teksaškem centru. Lonestar je skupina Dell Linux s 5.840 procesorskimi jedri in lahko izvede 62 trilijonov operacij s plavajočo vejico na sekundo. (Današnji vrhunski prenosni računalnik ima dve jedri in lahko opravi do 10 milijard operacij s plavajočo vejico na sekundo.)
Gebhardtov in Jensov model M87 je bil bolj zapleten kot prejšnji modeli galaksije, saj poleg modeliranja njegovih zvezd in črne luknje upošteva tudi "temni halo" galaksije, sferično območje, ki obdaja galaksijo, ki sega preko glavne vidna zgradba, ki vsebuje skrivnostno temno snov galaksije.
"V preteklosti smo vedno ocenili, da je temni halo pomemben, vendar nismo imeli računalniških virov, da bi ga tudi raziskali," je dejal Gebhardt. »Prej smo lahko uporabljali samo zvezde in črne luknje. Če mečeš v temno halo, postane računalniško drago, moraš iti k superračunalnikom. "
Rezultat Lonestarja je bil črna luknja M87 večkrat več kot prejšnji modeli. "Tega sploh nismo pričakovali," je dejal Gebhardt. On in Jens sta preprosto hotela preizkusiti svoj model na "najpomembnejši galaksiji tam zunaj," je dejal.
M87 je bil izredno masiven in v bližini (v astronomskem smislu) ena prvih galaksij, ki je pred skoraj tremi desetletji predlagala, da zasedejo osrednjo črno luknjo. Prav tako ima aktivno curko svetlobo, ki strelja v jedro galaksije, saj se materija bliža črni luknji, kar astronomom omogoča, da preučijo postopek, s katerim črne luknje pritegnejo materijo. Vsi ti dejavniki so M87 "sidrišče za supermasivne študije črne luknje", je dejal Gebhardt.
Ti novi rezultati za M87, skupaj z namigi drugih nedavnih raziskav in lastnimi nedavnimi opazovanji teleskopa (publikacije v pripravi), povzročajo sum, da so podcenjene vse mase črnih lukenj za najbolj množične galaksije.
Ta zaključek je "pomemben za povezanost črnih lukenj z galaksijami," je dejal Thomas. "Če spremenite maso črne luknje, spremenite, kako se črna luknja nanaša na galaksijo." Med galaktiko in njeno črno luknjo je tesna povezava, ki je raziskovalcem omogočila, da bi fiziko preizkusili, kako galaksije rastejo v kozmičnem času. Povečanje mase črne luknje v najbolj množičnih galaksijah bo povzročilo ponovno oceno tega razmerja.
Višje mase črnih lukenj v bližnjih galaksijah bi lahko rešile tudi paradoks v zvezi z masami kvazarjev - aktivnih črnih lukenj v središčih izjemno oddaljenih galaksij, ki so jih opazili v veliko prej kozmični epohi. Kvazarji svetijo močno, ko se material spiralizira in oddaja veliko sevanje, preden prestopi obzorje dogodkov (območje, iz katerega ne more uiti nič - niti svetloba).
"Dolgoletna težava je v tem, da so bile mase kvazarskih črnih lukenj zelo velike - 10 milijard sončnih mas," je dejal Gebhardt. "Toda v lokalnih galaksijah nikoli nismo videli tako velikih črnih lukenj, niti približno. Prej je bil sum, da se kvazarske mase niso motile, "je dejal. Toda "če dvakrat ali trikrat povečamo maso M87, težava skoraj izgine."
Današnji sklepi temeljijo na modelu, vendar je Gebhardt prav tako naredil nova teleskopska opazovanja M87 in drugih galaksij z novimi zmogljivimi instrumenti na Severnem teleskopu Gemini in zelo velikem teleskopu Evropskega južnega observatorija. Povedal je, da ti podatki, ki bodo kmalu poslani v objavo, podpirajo trenutne sklepe, ki temeljijo na modelu o masi črnih lukenj.
Pri prihodnjih teleskopskih opazovanjih galaktičnih temnih halosov Gebhardt ugotavlja, da je razmeroma nov instrument na Teksaški univerzi v Austinovem opazovalnici McDonald, popoln. "Če morate preučiti halo, da dobite maso črne luknje, ni boljšega instrumenta kot VIRUS-P," je dejal. Instrument je spektrograf. Luč loči od astronomskih predmetov na njene sestavne valovne dolžine in ustvari podpis, ki ga je mogoče prebrati, da ugotovimo razdaljo, hitrost, gibanje, temperaturo predmeta in drugo.
VIRUS-P je dober za halo študije, saj lahko sprejme spektre na zelo velikem območju neba, kar astronomom omogoča doseganje zelo nizke svetlobne ravni na velikih razdaljah od centra galaksije, kjer prevladuje temni halo. Gre za prototip, zasnovan za testiranje tehnologije, ki sega v večji spektrograf VIRUS za prihodnji eksperiment s temno energijo Hobby-Eberly Telescope (HETDEX).
Viri: AAS, Observatorij McDonald
