Od objevu Střelce A * ve středu naší galaxie astronomové pochopili, že většina hmotných galaxií má ve svém jádru Supermassive Black Hole (SMBH). Důkazem toho jsou silné elektromagnetické emise produkované v jádrech těchto galaxií - známých jako „aktivní galaktická jádra“ (AGN) -, o nichž se předpokládá, že jsou způsobeny hromaděním plynu a prachu na SMBH.
Po celá desetiletí astronomové studovali světlo přicházející z AGN, aby určili, jak velké a masivní jsou jejich černé díry. To bylo obtížné, protože toto světlo podléhá Dopplerovu efektu, který způsobuje rozšíření jeho spektrálních čar. Ale díky novému modelu vyvinutému vědci z Číny a USA mohou astronomové studovat tyto širokopásmové regiony (BLR) a provádět přesnější odhady množství černých děr.
Studie „Přílivně narušené prašné shluky jako původ širokých emisních linií v aktivních galaktických jádrech“ se nedávno objevila ve vědeckém časopise Příroda. Studii vedl Jian-Min Wang, výzkumný pracovník z Ústavu fyziky vysokých energií (IHEP) na Čínské akademii věd, s pomocí University of Wyoming a University of Nanjing.
Abychom to rozebrali, je známo, že SMBH mají torus plynu a prachu, který je obklopuje. Gravitace černé díry urychluje plyn v tomto torusu na rychlosti tisíců kilometrů za sekundu, což způsobuje, že se zahřívá a emituje záření na různých vlnových délkách. Tato energie nakonec zastihla celou okolní galaxii, což astronomům umožňuje určit přítomnost SMBH.
Jak Michael Brotherton, profesor UW na katedře fyziky a astronomie a spoluautor studie, vysvětlil v tiskové zprávě UW:
"Lidé si myslí," Je to černá díra. Proč je tak jasný? “Černá díra je stále tmavá. Disky dosahují tak vysokých teplot, že vyzařují záření přes elektromagnetické spektrum, které zahrnuje gama záření, rentgenové záření, UV záření, infračervené záření a rádiové vlny. Černá díra a okolní narůstající plyn, který černá díra napájí, je palivo, které zapíná kvasar. “
Problém s pozorováním těchto světlých oblastí vychází ze skutečnosti, že plyny v nich se pohybují tak rychle různými směry. Zatímco plyn, který se pohybuje pryč (vzhledem k nám), je posunut směrem k červenému konci spektra, plyn, který se pohybuje směrem k nám, je posunut směrem k modrému konci. To vede k oblasti široké linie, kde se spektrum emitovaného světla stává spirálou, což ztěžuje získání přesných údajů.
V současné době se měření hmotnosti SMBH v aktivních galaktických jádrech opírá o „techniku mapování dozvuku“. Zkrátka to zahrnuje použití počítačových modelů pro zkoumání symetrických spektrálních čar BLR a měření časových zpoždění mezi nimi. Předpokládá se, že tato vedení pocházejí z plynu, který byl fotoionizován gravitační silou SMBH.
Protože však existuje jen málo porozumění širokým emisním čarám a různým složkám BLR, způsobuje tato metoda určité nejistoty mezi 200 a 300%. "Snažíme se získat podrobnější otázky o spektrálních širokopásmových regionech, které nám pomáhají diagnostikovat hmotu černých děr," řekl Brotherton. "Lidé nevědí, odkud tyto široké oblasti emisí pocházejí, ani povahu tohoto plynu."
Naproti tomu tým vedený Dr. Wangem přijal nový typ počítačového modelu, který zvažoval dynamiku torusu plynu obklopujícího SMBH. Předpokládají, že tento torus bude tvořen diskrétními shluky hmoty, které by byly černou dírou roztrženy, což by mělo za následek, že by do něj proudil nějaký plyn (aka. Narůstající) a některé by byly vypuzeny jako odtok.
Z toho zjistili, že emisní vedení v BLR podléhá třem charakteristikám - „asymetrie“, „tvar“ a „posun“. Po prozkoumání různých emisních linií - symetrických i asymetrických - zjistili, že tyto tři charakteristiky jsou silně závislé na tom, jak jasné jsou plynové shluky, které interpretovaly jako výsledek úhlu jejich pohybu uvnitř torusu. Nebo jak to řekl Dr. Brotherton:
"Navrhujeme, aby se tyto prašné shluky pohybovaly." Někteří do sebe zazvonili a sloučili se a změnili rychlost. Možná se přesunou do kvazaru, kde žije černá díra. Některé shluky se točí z oblasti široké linie. Někteří jsou vyhodeni. “
Nakonec jejich nový model naznačuje, že příliv plynu BLR mohou představovat přílivově narušené shluky hmoty z torusu černé díry. Ve srovnání s předchozími modely, ten, který vymyslel Dr. Wang a jeho kolegové, navazuje spojení mezi různými klíčovými procesy a komponenty v blízkosti SMBH. Patří sem krmení černé díry, zdroj fotoionizovaného plynu a samotný prachový torus.
I když tento výzkum nevyřeší všechna záhady obklopující AGN, je to důležitý krok k získání přesných odhadů hmotnosti SMBH na základě jejich spektrálních čar. Z nich by astronomové mohli přesněji určit, jakou roli tyto černé díry hrály při vývoji velkých galaxií.
Studie byla umožněna díky podpoře poskytované Národním klíčovým programem pro vědeckotechnický výzkum a vývoj a Klíčovým výzkumným programem hraničních věd, které spravuje Čínská akademie věd.
