Otkako su otkrili Strijelca A * u središtu naše galaksije, astronomi su shvatili da većina masivnih galaksija ima Supermasičnu crnu rupu (SMBH) u svojoj srži. To dokazuju snažne elektromagnetske emisije proizvedene u jezgrama tih galaksija - poznate kao "aktivne galatne nukleusi" (AGN) - za koje se vjeruje da uzrokuju plin i prašina nakupljajući se na SMBH.
Desetljećima su astronomi proučavali svjetlost koja dolazi od AGN-ova kako bi utvrdili koliko su velike i masivne njihove crne rupe. To je bilo teško budući da je ovo svjetlo podložno Dopplerovom učinku koji uzrokuje širenje njegovih spektralnih linija. Ali zahvaljujući novom modelu koji su razvili istraživači iz Kine i SAD-a, astronomi će možda moći proučavati ove regije sa širokim linijama i dati preciznije procjene o masi crnih rupa.
Studija, "Čistoće srušene prašine, kao izvor širokih emisijskih linija u aktivnim galaktičkim jezgrama", nedavno se pojavila u znanstvenom časopisu Priroda, Studiju je vodio Jian-Min Wang, istraživač s Instituta za fiziku visokih energija (IHEP) pri Kineskoj akademiji znanosti, uz pomoć Sveučilišta u Wyomingu i Sveučilišta u Nanjing.
Da bi ga razbili, SMBH su poznati po tome što imaju gomilu plina i prašine koji ih okružuje. Gravitacija crne rupe ubrzava plin u tom toru do brzine od tisuće kilometara u sekundi, zbog čega se zagrijava i emitira zračenje različitim valnim duljinama. Ta je energija na kraju nadmašila cijelu okolnu galaksiju, što omogućuje astronomima da utvrde prisustvo SMBH.
Kao što je Michael Brotherton, profesor sa UW-a na Odjelu za fiziku i astronomiju i koautor ovog studije, objasnio u izjavi za medije:
"Ljudi misle:" To je crna rupa. Zašto je tako svijetlo? ”Crna rupa je i dalje tamna. Diskovi dostižu tako visoke temperature da ispuštaju zračenje kroz elektromagnetski spektar, koji uključuje gama zrake, X-zrake, UV, infracrvene i radio valove. Crna rupa i okolni akumulacijski plin crnom rupom se hrani gorivom koje se uključuje na kvazar. "
Problem s promatranjem ovih svijetlih područja proizlazi iz činjenice da se plinovi unutar njih kreću tako brzo u različitim smjerovima. Dok se plin koji se udaljava (u odnosu na nas) pomiče prema crvenom kraju spektra, plin koji se kreće prema nama pomiče se prema plavom kraju. To dovodi do regije široke linije, gdje spektar emitirane svjetlosti postaje više poput spirale, pa je točna očitanja teško dobiti.
Trenutno se mjerenje mase SMBH u aktivnim galaktičkim jezgrama oslanja na "tehniku mapiranja odbojnosti". Ukratko, to uključuje korištenje računalnih modela za ispitivanje simetričnih spektralnih linija BLR-a i mjerenje vremenskih kašnjenja između njih. Vjeruje se da ove linije potiču od plina koji je fotojoniziran gravitacijskom silom SMBH.
Međutim, kako je malo razumijevanja širokih linija emisija i različitih komponenti BLR-a, ova metoda stvara određene nesigurnosti između 200 i 300%. "Pokušavamo pronaći detaljnija pitanja o spektralnim širokopojasnim regijama koja nam pomažu u dijagnostici mase crne rupe", rekao je Brotherton. "Ljudi ne znaju odakle potiču ove regije sa širokim emisijama niti priroda ovog plina."
Suprotno tome, tim predvođen dr. Wangom usvojio je novi tip računalnog modela koji je razmatrao dinamiku plinskog tora koji okružuje SMBH. Pretpostavljaju da bi se ovaj torus sastojao od diskretnih nakupina materije koje bi crna rupa plitko razbila, što bi rezultiralo da neki plin u nju uđe (aka. Akretira se na nju), a neki bi se izbacio kao odljev.
Iz ovoga su otkrili da emisijske linije u BLR-u podliježu triju karakteristika - "asimetrija", "oblik" i "pomak". Nakon ispitivanja različitih linija emisije - simetričnih i asimetričnih - utvrdili su da ove tri karakteristike snažno ovise o tome koliko su sjajne plinovite nakupine, što su protumačile kao rezultat kuta njihovog kretanja unutar tora. Ili kako je rekao dr. Brotherton:
"Ono što predlažemo da se dogodi su da se ove prašnjave grudice kreću. Neki se zabijaju jedno u drugo i spajaju i mijenjaju brzinu. Možda se presele u kvazar, gdje živi crna rupa. Neke se grozde zavrte iz regije široke linije. Neki će biti izbačeni. "
Na kraju, njihov novi model sugerira da nakupine tvari s crne rupe koje su ugašene u obliku mokraće mogu predstavljati izvor plina BLR. U usporedbi s prethodnim modelima, onaj koji su osmislili dr. Wang i njegovi kolege uspostavlja vezu između različitih ključnih procesa i komponenti u blizini SMBH. Tu spadaju hranjenje crne rupe, izvor fotooniziranog plina i sam prašnjavi torus.
Iako ovo istraživanje ne rješava sve misterije oko AGN-ova, važan je korak prema dobivanju točnih procjena mase SMBH-a na temelju njihovih spektralnih linija. Iz toga bi astronomi mogli preciznije odrediti kakvu su ulogu ove crne rupe igrale u evoluciji velikih galaksija.
Studija je postala moguća zahvaljujući podršci koju pružaju Nacionalni ključni program za istraživanje i razvoj znanosti i tehnologije i Ključni istraživački program graničnih znanosti, a objema upravlja Kineska akademija znanosti.
