Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Астрофизики «взвесили» черную дыру

Масса черной дыры в центре галактики NGC 1332, удаленной на 73 миллиона световых лет от Земли, измерена с рекордной точностью.

В центре многих галактик существуют сверхмассивные черные дыры, масса некоторых из них оценивается в миллиарды масс Солнца. Изучая эволюцию галактик, астрофизики обращают особое внимание на  отношение массы галактики к массе черной дыры.

Фото галактики NGC 1332. На левой врезке галактика в инфракрасном свете, газо-пылевой диск виден как темный силуэт. На правой врезке движения диска по данным ALMA. Красный цвет – движение от нас, синий – к нам. A. Barth (UC Irvine), ALMA (NRAO/ESO/NAOJ);
Фото галактики NGC 1332. На левой врезке галактика в инфракрасном свете, газо-пылевой диск виден как темный силуэт. На правой врезке движения диска по данным ALMA. Красный цвет – движение от нас, синий – к нам. A. Barth (UC Irvine), ALMA (NRAO/ESO/NAOJ);
Вид сверху на операционный центр ALMA
Вид сверху на операционный центр ALMA
Телескопы массива ALMA
Телескопы массива ALMA

Чтобы определить массу сверхмассивной черной дыры, надо измерить силу ее гравитационного влияния на окружающие звезды и облака газа и пыли. Для этого исследуют их движение в непосредственной близости от черной дыры, поскольку на значительном удалении от нее большой вклад в гравитацию вносят другие звезды и темная материя. Ведь, несмотря на свою гигантскую массу, в масштабах галактики черная дыра всего лишь песчинка в центре, ее доля в общей массе галактики не превышает одного процента.

В нашей Галактике мощные наземные телескопы, использующие адаптивную оптику, позволяют получать изображения отдельных звезд вблизи ее центра и точно отслеживать их траектории с течением времени. Другие галактики расположены слишком далеко, чтобы различить движение отдельных звезд. Поэтому точное измерение масс черных дыр представляет собой сложную задачу даже для самых мощных телескопов на Земле или в космосе.

Используя радиотелескоп ALMA, расположенный в чилийской пустыне Атакама на высоте нескольких километров, астрономы смогли с большой точностью изучить движение диска холодного межзвездного газа, охватывающего сверхмассивную черную дыру в центре галактики NGC 1332. ALMA представляет собой 66 отдельных радиотелескопов, объединенных в единый радиоинтерферометр. На сегодняшний день это самый большой наземный радиотелескоп. Он позволил различить детали структуры диска порядка 16 световых лет и измерить вращение диска в пределах «сферы влияния» черной дыры – области радиусом примерно 80 световых лет, где ее гравитация преобладает. 

Скорость движения газа измеряли по эффекту Доплера в спектре излучения окиси углерода (СО). Исследуемый газовый диск виден сбоку, поэтому одна его половина удаляется от нас и длина волны излучения из-за этого увеличивается – «краснеет», другая наоборот приближается, и длина волны излучения уменьшается «синеет». По степени изменения частоты можно рассчитать скорость движения. Подобным способом определяется скорость автомобиля с помощью радара. Измеренные скорости в некоторых областях диска превышали 500 километров в секунду.

Сравнивая полученные данные с результатами моделирования, астрономы подсчитали, что черная дыра в центре NGC 1332 имеет массу в 660 миллионов раз больше, чем наше Солнце (плюс или минус десять процентов). Это примерно в 150 раз больше массы черной дыры в центре Млечного Пути. На сегодняшний день это одно из наиболее точных измерений массы черной дыры. Результаты работы опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters. Отметим, что предшествующие исследования NGC 1332 наземными и космическими телескопами дали очень разные оценки для массы черной дыры, от 500 миллионов до 1,5 миллиарда масс Солнца. 

По материалам пресс-релиза обсерватории ALMA 

Автор: Алексей Понятов

Источник: nkj.ru