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.
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
