Použitím nového počítačového modelu astronomové určili, že černá díra ve středu galaxie M87 je alespoň dvakrát větší, než se dříve myslelo. Při hmotnosti 6,4 miliardkrát vyšší než je hmotnost Slunce, je to dosud nejhmotnější černá díra, která byla změřena, a tento nový model naznačuje, že přijaté hmotnosti černých děr v jiných velkých blízkých galaxiích mohou být vypnuty o podobné množství. To má důsledky pro teorie, jak se galaxie vytvářejí a rostou, a dokonce by to mohlo vyřešit dlouhodobý astronomický paradox.
Astronomové Karl Gebhardt z University of Texas v Austinu a Jens Thomas z Institutu Maxe Plancka pro mimozemskou fyziku podrobně popsali svá zjištění v pondělí na konferenci americké astronomické společnosti v Pasadeně v Kalifornii.
Abychom se pokusili pochopit, jak se galaxie formují a rostou, začínají astronomové základními informacemi o dnešních galaxiích, jako jsou to, z čeho jsou vyrobeny, jak velké jsou a kolik váží. Astronomové měří tuto poslední kategorii, hmotu galaxie, měřením rychlosti hvězd obíhajících v galaxii.
Studie o celkové hmotnosti jsou důležité, řekl Thomas, ale „rozhodujícím bodem je zjistit, zda je hmota v černé díře, hvězdách nebo temném svatozáří. Musíte spustit sofistikovaný model, abyste mohli zjistit, který je který. Čím více součástí máte, tím složitější je model. “
Pro modelování M87 použili Gebhardt a Thomas jednoho z nejmocnějších superpočítačů na světě, systém Lonestar na Texaské univerzitě v Austinově Texas Advanced Computing Center. Lonestar je klastr Dell Linux s 5 840 zpracovatelskými jádry a může provádět 62 bilionů operací s pohyblivou řádovou čárkou za sekundu. (Dnešní špičkový přenosný počítač má dvě jádra a může provádět až 10 miliard operací s pohyblivou desetinnou čárkou za sekundu.)
Gebhardtův a Jensův model M87 byl komplikovanější než předchozí modely galaxie, protože kromě modelování hvězd a černé díry bere v úvahu i „temný halo“ galaktické oblasti obklopující galaxii, která přesahuje její hlavní viditelná struktura, obsahující tajemnou „temnou hmotu“ galaxie.
"V minulosti jsme vždy považovali temný halo za významný, ale neměli jsme k dispozici ani výpočetní prostředky, abychom ho prozkoumali," řekl Gebhardt. "Dříve jsme byli schopni použít pouze hvězdy a černé díry." Odhoď v temném halo, to se stává příliš výpočetně drahé, musíte jít do superpočítačů. “
Výsledkem Lonestar byla několikrát hmotnost hmoty černé díry M87, kterou našli předchozí modely. "Nečekali jsme to vůbec," řekl Gebhardt. On a Jens prostě chtěli otestovat svůj model na „nejdůležitější galaxii venku“, řekl.
Mimořádně masivní a pohodlně poblíž (v astronomických termínech) byl M87 jednou z prvních galaxií, které byly navrženy tak, aby před téměř třemi desetiletími obsahovaly centrální černou díru. Má také aktivní paprsek střílící světlo z jádra galaxie, když se hmota víří blíže k černé díře, což umožňuje astronomům studovat proces, kterým černé díry přitahují hmotu. Všechny tyto faktory dělají z M87 „kotvu supermasivních studií černé díry,“ řekl Gebhardt.
Tyto nové výsledky pro M87, spolu s radami z jiných nedávných studií a jeho vlastními nedávnými pozorováními dalekohledu (připravované publikace), ho vedly k podezření, že všechny hmoty černé díry pro nejmasivnější galaxie jsou podceňovány.
Tento závěr „je důležitý pro to, jak se černé díry vztahují k galaxiím,“ řekl Thomas. "Pokud změníte hmotnost černé díry, změníte vztah černé díry k galaxii." Mezi galaxií a její černou dírou existuje úzký vztah, který vědcům umožnil zkoumat fyziku toho, jak galaxie rostou v kosmickém čase. Zvýšení hmotností černých děr v nejmasivnějších galaxiích způsobí přehodnocení tohoto vztahu.
Vyšší hmotnosti černých děr v blízkých galaxiích by také mohly vyřešit paradox týkající se mas kvasarů - aktivních černých děr ve středech extrémně vzdálených galaxií, pozorovaných v mnohem dřívější vesmírné epochě. Kvasary jasně září, když se materiál spirálovitě vrací, vydává hojné záření před překročením horizontu události (oblast, za níž nemůže uniknout nic - dokonce ani světlo).
"Existuje dlouhodobý problém v tom, že masy černých děr kvasarů byly velmi velké - 10 miliard solárních hmot," řekl Gebhardt. "Ale v místních galaxiích jsme nikdy neviděli černé díry tak masivní, ne zdaleka." Podezření bylo dříve, než se masy kvasarů mýlily, “řekl. Ale „pokud zvýšíme hmotnost M87 dvakrát nebo třikrát, problém téměř zmizí.“
Dnešní závěry vycházejí z modelu, ale Gebhardt také provedl nová pozorování dalekohledu M87 a dalších galaxií pomocí nových výkonných nástrojů na severním dalekohledu Gemini a velmi rozsáhlém dalekohledu Evropské jižní observatoře. Řekl, že tato data, která budou brzy zveřejněna, podporují současné modelové závěry o hmotnosti černé díry.
Pro budoucí dalekohledová pozorování galaktických temných halo, Gebhardt poznamenává, že relativně nový nástroj na University of Texas v Austinově McDonald Observatory je dokonalý. "Pokud potřebujete studovat halo, abyste získali hmotu černých děr, neexistuje lepší nástroj než VIRUS-P," řekl. Přístroj je spektrograf. Rozděluje světlo od astronomických objektů na jednotlivé složky vlnových délek a vytváří podpis, který lze číst a zjistit vzdálenost objektu, rychlost, pohyb, teplotu a další.
VIRUS-P je vhodný pro halo studie, protože může mít spektra na velmi velké ploše oblohy, což umožňuje astronomům dosáhnout velmi nízkých úrovní světla ve velkých vzdálenostech od středu galaxie, kde je temný halo dominantní. Jedná se o prototyp, který byl vyvinut pro testování technologie, která bude probíhat ve větším spektrografu VIRUS pro nadcházející experiment s temnou energií Hobby-Eberly (HETDEX).
Zdroje: AAS, McDonald Observatory
