На овој слици је приказан уметнички приказ унутрашњих области квазара које покреће супермасивна црна рупа у средини. Како диск гаса и прашине пада у црну рупу, високе температуре стварају светлост. Разлике у овом светлу могу помоћи астрономима да мере масу црне рупе.
(Слика: © Нахкс Тр'Ехнл / Цатхерине Гриер (Пенн Стате) / СДСС сарадња)
Црне рупе чудовишта крију се у центрима већине галаксија у свемиру, а сада, нова техника помаже научницима да мере масу неких од највећих црних рупа у свемиру, чак и када леже у центрима врло слабе, удаљене галаксије. Нови приступ би могао драматично побољшати разумевање научника о томе како се ови бехемоти формирају и развијају и како утичу на еволуцију галаксије.
"Ово је први пут да смо до сада директно измерили масе за толико супермасивне црне рупе", изјавила је Цатхерине Гриер, постдокторска колегица из Пенн Статеа, у изјави Слоан Дигитал Ски Сурвеи (СДСС). Гриер је водио пројекат за мерење масе богатства такозваних супермасивних црних рупа користећи СДСС податке. Извештавала је о резултатима у уторак (9. јануара) на састанку Америчког астрономског друштва у Националној луци, Мериленд.
"Ова нова мерења, као и будућа мерења, попут њих, пружиће виталне информације људима који проучавају како галаксије расту и развијају се током свемичког времена", рекао је Гриер. [Слике: Црне рупе универзума]
Црне рупе за мерење масе
На основу деценија галактичких осматрања, астрономи сада теоретизирају да срце готово сваке велике галаксије садржи супермасивну црну рупу (СМБХ). Ове монструозне звери могу бити милионима или милијардама пута масовније од Земљиног сунца. Црне рупе не зраче и не одражавају светлост, тако да се ове СМБХ не могу видети директно. Али како гравитација СМБХ црпи прашину и гас из околне галаксије, она ствара вртлог диска од материјала који пада у црну рупу. Тај падајући материјал се загрева и почиње да зрачи светлост, чинећи црну рупу „видљивом“ (мада индиректно). У неким случајевима, светлост са ових дискова постаје јача од свих звезда у галаксији; ове невероватно сјајне галаксије тада се називају активна галактичка језгра (АГН). Најсветији АГН називају се квазари које астрономи могу видети до краја видљивог свемира; они показују присуство супермасивне црне рупе, наводи се у изјави.
Црне рупе имају само три мерљива својства - масу, центрифугирање и наелектрисање - тако да је израчунавање масе огроман део разумевања поједине црне рупе. У оближњим галаксијама астрономи могу посматрати како се групе звезда и гаса крећу по галактичком центру и помоћу тих покрета да се закључи маса централне црне рупе. Али удаљене галаксије леже тако далеко да телескопи не могу да разреше звезде и облаке материјала око црне рупе, наводи се у саопштењу.
Техника позната као реверберацијско мапирање омогућила је астрономима да мере масе ових вањских црних рупа. Прво, истраживачи упоређују сјај гаса који зрачи у спољној области галаксије са светлином гаса који се налази у унутрашњем делу галаксије. (Ова унутрашња регија, врло близу црне рупе, позната је и као подручје континуума). Гас у подручју континуитета утиче на брзо кретање гаса ван. Међутим, светлу је потребно време да путује напољу или да одјекне, изазивајући одлагање између промена које се виде у унутрашњем делу и њиховог утицаја на спољни регион. Мерење кашњења открива колико је спољни диск гаса удаљен од црне рупе. У комбинацији са стопом ротације око галаксије, то омогућава астрономима да мере масу СМБХ, рекао је Гриер за Спаце.цом у е-маилу.
Али процес је болно спор. Да би се посматрао ефекат одзвањања, појединачна галаксија мора се проучавати изнова и изнова неколико месеци, док удаљени квазар може трајати неколико година поновљених опажања, навели су истраживачи у изјави. У протеклих 20 година астрономи су успели да користе технику одмарања за само око 60 СМБХ у оближњим галаксијама и неколико удаљених квазара.
Као део Пројекта за мапирање СДС-а, Гриер и њене колеге почели су мапирати СМБХ брже него што је то раније било могуће. Кључ за то брже мапирање долази из наменског телескопа широког погледа, смештеног у опсерваторију Апацхе Поинт у Сунспоту, у Новом Мексику, који може истовремено да прикупља податке о више квазара, наводи Гриер. Тренутно посматра мрље неба која садржи око 850 квазара.
Истраживачи су приметили квазаре Канадом-Француском-Хавајима-телескопом на Хавајима и Телескопом "Стјуард опсерваторија Бок" у Аризони да би калибрирали своја мерења невероватно слабих објеката. Свеукупно, истраживачи су сада одгодили кашњење одмотавања за 44 квазара и користили су та мерења како би израчунали масе црних рупа у распону од 5 милиона до 1,7 милијарди пута већих од масе Земље, наводи се у саопштењу.
"Ово је велики корак напријед за науку о квазару", рекао је у изјави Аарон Бартх, професор астрономије на Калифорнијском универзитету Ирвине који није био укључен у истраживање тима. "Први пут су показали да се ова тешка мерења могу обавити у масовној производњи."
Нова мерења повећавају укупни број мерења масе галактичке СМБХ за око две трећине. Будући да су многе од тих галаксија веома далеке, нова мерења откривају масе СМБХ из далеког времена уназад, до тренутка када је свемир био тек половина тренутне старости.
Настављајући посматрање 850 квазара са телескопом СДСС током више година, тим ће акумулирати године података који ће им омогућити да мере масе још слабијих квазара, чија се дуже временска одлагања не могу мерити са једном годином података.
"Добијање опажања квазара током више година је пресудно за постизање добрих мерења", рекао је Иуе Схен, доцент на Универзитету у Илиноису и главни истраживач СДСС Ревербератион Маппинг Пројецт. "Док настављамо свој пројекат праћења све више и више кватара наредних година, моћи ћемо боље да схватимо како супермасивне црне рупе расту и развијају се."
Након што се тренутна четврта фаза СДСС заврши 2020. године, започиње пета фаза, СДСС-В. СДСС-В садржи нови програм назван Мапа црне рупе, у којем истраживачи планирају да мере СМБХ масе у више од 1.000 квазара, посматрајући слабије и старије квадраре него што је икада било који пројекат реверберације који се икада управљао.
"Мапе црне рупе омогућит ће нам да пређемо у доба супермасивнога откривања црних рупа у правом индустријском обиму", наводи се у изјави Ниел Брандт, професор астрономије и астрофизике у држави Пенн и дугогодишњи члан СДСС-а. "Ми ћемо научити више о тим мистериозним предметима него икад раније."
