Crne rupe su one koje najintrigantnije i najviše nadahnjujuće sile prirode. Oni su ujedno i jedan od najmisterioznijih zbog načina na koji se pravila konvencionalne fizike ruše u njihovoj prisutnosti. Unatoč desetljećima istraživanja i promatranja, još uvijek mnogo toga ne znamo o njima. U stvari, sve do nedavno, astronomi nikada nisu vidjeli sliku crne rupe i nisu bili u stanju shvatiti njihovu masu.
Međutim, tim fizičara s moskovskog Instituta za fiziku i tehnologiju (MIPT) nedavno je objavio da su osmislili način za neizravno mjerenje mase crne rupe, istovremeno potvrđujući njeno postojanje. U nedavnoj studiji pokazali su kako su testirali ovu metodu na nedavno zamišljenoj supermasivnoj crnoj rupi u središtu aktivne galaksije Messier 87.
Studija se pojavila u augustovskom broju časopisa Mjesečne obavijesti Kraljevskog astronomskog društva, Pored istraživača s MIPT-a, tim je uključivao članove Nizozemskog zajedničkog instituta za VLBI ERIC (JIVE), Instituta astronomije i astrofizike Academia Sinica iz Tajvana i NOA-ovog Mizusawa VLBI opservatorija u Japanu.
Desetljećima su astronomi znali da većina masivnih galaksija ima supermasiranu crnu rupu (SMBH) u svom središtu. Prisutnost ovog SMBH dovodi do znatne količine aktivnosti u jezgri, gdje plin i prašina padaju u akumulacijski disk i ubrzavaju se do brzina koje uzrokuju emitiranje svjetlosti, kao i radio, mikrovalnu, rendgensku i gama- zračenje zračenjem.
Za neke galaksije količina zračenja proizvedena u jezgri regije je toliko sjajna da zapravo prevladava svjetlost koja dolazi od svih zvijezda u svom disku zajedno. Poznate su kao aktivne galaktičke nuklei (AGN) jer imaju aktivne jezgre, a ostale galaksije su relativno "tihe". Još jedan identifikator kažiprsta koji je aktivna galaksija jesu duge zrake pregrijane materije.
Ti „relativistički mlazovi“, koji se mogu proširiti na milijune svjetlosnih godina vani, nazivaju se zato što je materijal u njima ubrzan do djelića brzine svjetlosti. Iako ovi zrakoplovi još uvijek nisu u potpunosti shvaćeni, trenutni konsenzus je da ih proizvodi određeni "motorički učinak" uzrokovan brzorastućim SMBH.
Dobar primjer aktivne galaksije s relativističkim mlazom je Messier 87 (aka. Djevica A), nadmoćna galaksija smještena u smjeru zviježđa Djevice. Ova je galaksija najbliža aktivnoj galaksiji Zemlji i stoga jedna od najbolje proučenih. Izvorno otkriven Charlesa Messiera 1781. godine (koji ga je pogrešno shvatio kao maglu), otad ga redovno proučava. Do 1918. godine njegov je optički mlaz postao prvi takve vrste koji je uočen.
Zahvaljujući svojoj blizini, astronomi su mogli detaljno proučiti mlaz Messiera 87 - preslikavajući njegovu strukturu i brzinu plazme te mjerenje temperature i gustoće čestica u blizini mlazne struje. Granice mlazeva detaljno su proučavane kako su istraživači otkrili da je homogena po svojoj dužini i mijenjala oblik daljega (koji ide od paraboličnog do stožastog).
Sva ova promatranja omogućila su astronomima testiranje hipoteza o strukturi aktivnih galaksija i odnosu između promjena u obliku mlazeva i utjecaja crne rupe u jezgri galaktike. U ovom slučaju, međunarodni istraživački tim iskoristio je taj odnos i odredio masu M87s SMBH.
Tim se također oslanjao na teorijske modele koji predviđaju proboj mlaznice, što im je omogućilo da naprave model gdje će masa SMBH točno reproducirati promatrani oblik M87-ovog mlaza. Mjereći širinu mlaza i udaljenost između jezgre i prijeloma njegovog oblika, također su otkrili da granica mlaza M87 čini dva segmenta s dvije karakteristične krivulje.
Na kraju, kombinacija teorijskih modela, promatranja i računalnih izračuna omogućila je timu neizravno mjerenje mase crne rupe i brzine vrtnje. Ova studija ne pruža samo novi model za procjenu crne rupe i nova mjerna sredstva za mlaznice, već i potvrđuje hipoteze koje temelje strukturu mlazeva.
U osnovi, rezultati tima opisuju mlaz kao protok magnetizirane tekućine, gdje oblik određuje elektromagnetsko polje u njemu. To zauzvrat ovise o stvarima poput brzine i naboja mlaznih čestica, električne struje unutar mlaza i brzine kojom SMBH akumulira materiju sa svog okolnog diska.
Međusobna povezanost svih ovih čimbenika uzrokuje opaženi slom oblika mlaza, koji se zatim može upotrijebiti za ekstrapoliranje mase SMBH-a i koliko se brzo vrti. Elena Nokhrina, zamjenica voditelja laboratorija MIPT koja je uključena u studiju i vodeća autorica u radu tima, opisuje metodu koju su razvili na sljedeći način:
"Nova neovisna metoda za procjenu mase crnih rupa i centrifuge ključni je rezultat našeg rada. Iako je njegova točnost usporediva s postojećom metodom, ona ima prednost u tome što nas približava krajnjem cilju. Naime, pročišćavanje parametara 'motora' jezgre kako bi dublje razumio njegovu prirodu. '
Zahvaljujući dostupnosti sofisticiranih instrumenata za proučavanje SMBH (poput teleskopa Event Horizon) i svemirskih teleskopa nove generacije koji će uskoro početi s radom, neće trebati puno da se ovaj novi model temeljito ispita. Dobar kandidat bio bi Strijelac A *, SMBH u središtu naše galaksije za koji se procjenjuje da je između 3,5 milijuna 4,7 milijuna solarnih masa.
Pored postavljanja preciznijih ograničenja ove mase, buduća bi promatranja mogla odrediti i koliko je aktivno (ili neaktivno) jezgro naše galaksije. Ove i druge misterije crne rupe čekaju!
