Από την ανακάλυψη του Τοξότη Α * στο κέντρο του γαλαξία μας, οι αστρονόμοι έχουν καταλάβει ότι οι περισσότεροι μαζικοί γαλαξίες έχουν μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα (SMBH) στον πυρήνα τους. Αυτά αποδεικνύονται από τις ισχυρές ηλεκτρομαγνητικές εκπομπές που παράγονται στους πυρήνες αυτών των γαλαξιών - οι οποίοι είναι γνωστοί ως "Active Galatic Nuclei" (AGN) - που πιστεύεται ότι προκαλούνται από αέριο και σκόνη που συσσωρεύεται στο SMBH.
Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι μελετούν το φως που προέρχεται από AGN για να προσδιορίσουν πόσο μεγάλες και τεράστιες είναι οι μαύρες τρύπες τους. Αυτό ήταν δύσκολο, καθώς αυτό το φως υπόκειται στο φαινόμενο Doppler, το οποίο προκαλεί τη διεύρυνση των φασματικών γραμμών του. Αλλά χάρη σε ένα νέο μοντέλο που αναπτύχθηκε από ερευνητές από την Κίνα και τις ΗΠΑ, οι αστρονόμοι ενδέχεται να είναι σε θέση να μελετήσουν αυτές τις περιοχές ευρείας γραμμής (BLR) και να κάνουν ακριβέστερες εκτιμήσεις σχετικά με τη μάζα των μαύρων οπών.
Η μελέτη, «Η παλιρροιακή διαταραχή των σκονισμένων συσσωματωμάτων ως η προέλευση των ευρέων γραμμών εκπομπών σε ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες», πρόσφατα εμφανίστηκε στο επιστημονικό περιοδικό Φύση. Η μελέτη διεξήχθη από τον Jian-Min Wang, ερευνητή από το Ινστιτούτο Φυσικής Υψηλής Ενέργειας (IHEP) στην Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, με τη βοήθεια του Πανεπιστημίου του Ουαϊόμινγκ και του Πανεπιστημίου του Ναντζίνγκ.
Για να το σπάσει, οι SMBHs είναι γνωστοί ότι έχουν έναν δακτύλιο αερίου και σκόνης που τους περιβάλλει. Η βαρύτητα της μαύρης τρύπας επιταχύνει το αέριο σε αυτόν τον δακτύλιο σε ταχύτητες χιλιάδων χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο, γεγονός που το αναγκάζει να θερμαίνει και να εκπέμπει ακτινοβολία σε διαφορετικά μήκη κύματος. Αυτή η ενέργεια τελικά ξεπέρασε ολόκληρο τον γύρω γαλαξία, κάτι που επιτρέπει στους αστρονόμους να προσδιορίσουν την παρουσία ενός SMBH.
Όπως εξήγησε ο Michael Brotherton, καθηγητής UW στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας και συν-συγγραφέας της μελέτης, σε ένα δελτίο τύπου UW:
«Οι άνθρωποι σκέφτονται,« Είναι μια μαύρη τρύπα. Γιατί είναι τόσο φωτεινό; »Μια μαύρη τρύπα είναι ακόμα σκοτεινή. Οι δίσκοι φτάνουν σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες που εκπέμπουν ακτινοβολία σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, το οποίο περιλαμβάνει ακτίνες γάμμα, ακτίνες Χ, υπεριώδεις ακτίνες και ραδιοκύματα. Η μαύρη τρύπα και το περιβάλλον αέριο προσαγωγής που τροφοδοτεί η μαύρη τρύπα είναι καύσιμο που ενεργοποιεί το κβάζαρ. "
Το πρόβλημα με την παρατήρηση αυτών των φωτεινών περιοχών προέρχεται από το γεγονός ότι τα αέρια μέσα τους κινούνται τόσο γρήγορα σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Ενώ το αέριο που απομακρύνεται (σε σχέση με εμάς) μετατοπίζεται προς το κόκκινο άκρο του φάσματος, το αέριο που κινείται προς μας μετατοπίζεται προς το μπλε άκρο. Αυτό οδηγεί σε μια περιοχή ευρείας γραμμής, όπου το φάσμα του εκπεμπόμενου φωτός γίνεται περισσότερο σαν σπείρα, καθιστώντας δύσκολη τη λήψη ακριβών ενδείξεων.
Επί του παρόντος, η μέτρηση της μάζας των SMBH σε ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες βασίζεται στην «τεχνική χαρτογράφησης αντήχησης». Εν ολίγοις, αυτό περιλαμβάνει τη χρήση μοντέλων υπολογιστών για την εξέταση των συμμετρικών φασματικών γραμμών ενός BLR και τη μέτρηση των χρονικών καθυστερήσεων μεταξύ τους. Αυτές οι γραμμές πιστεύεται ότι προκύπτουν από αέριο που έχει φωτονιστεί από τη βαρυτική δύναμη του SMBH.
Ωστόσο, δεδομένου ότι υπάρχει λίγη κατανόηση των ευρέων γραμμών εκπομπών και των διαφορετικών συνιστωσών των BLR, αυτή η μέθοδος προκαλεί ορισμένες αβεβαιότητες μεταξύ 200 και 300%. «Προσπαθούμε να πάρουμε πιο λεπτομερείς ερωτήσεις σχετικά με φασματικές περιοχές ευρείας γραμμής που μας βοηθούν να διαγνώσουμε τη μάζα των μαύρων τρυπών», δήλωσε ο Brotherton. "Οι άνθρωποι δεν γνωρίζουν από πού προέρχονται αυτές οι περιοχές ευρείας γραμμής εκπομπών ή η φύση αυτού του αερίου."
Αντίθετα, η ομάδα με επικεφαλής τον Δρ Wang υιοθέτησε έναν νέο τύπο μοντέλου υπολογιστή που εξέτασε τη δυναμική του δακτυλίου αερίου που περιβάλλει ένα SMBH. Αυτό το στροφείο, υποθέτουν, θα αποτελείται από διακριτές συστάδες ύλης που θα διαταράσσονται παλιρροιακά από τη μαύρη τρύπα, με αποτέλεσμα να ρέει κάποιο αέριο σε αυτό (γνωστό και ως αυτό) και μερικά να εκτοξεύονται ως εκροή.
Από αυτό, διαπίστωσαν ότι οι γραμμές εκπομπών σε ένα BLR υπόκεινται σε τρία χαρακτηριστικά - «ασυμμετρία», «σχήμα» και «μετατόπιση». Αφού εξέτασαν διάφορες γραμμές εκπομπών - συμμετρικές και ασύμμετρες - διαπίστωσαν ότι αυτά τα τρία χαρακτηριστικά εξαρτώνταν σε μεγάλο βαθμό από το πόσο φωτεινές ήταν οι συστάδες αερίου, τις οποίες ερμήνευσαν ως αποτέλεσμα της γωνίας κίνησης τους μέσα στον στροφίο. Ή όπως το έθεσε ο Δρ Brotherton:
«Αυτό που προτείνουμε να συμβεί είναι ότι αυτές οι σκονισμένες συστάδες κινούνται. Κάποιοι χτυπούν μεταξύ τους και συγχωνεύονται και αλλάζουν την ταχύτητα. Ίσως μετακινούνται στο κβάζαρ, όπου ζει η μαύρη τρύπα. Μερικές από τις συστάδες περιστρέφονται από την ευρεία γραμμή. Μερικοί βγαίνουν έξω. "
Στο τέλος, το νέο τους μοντέλο υποδηλώνει ότι οι παλιρροιακές διαταραχές της ύλης από έναν δακτύλιο μαύρης τρύπας μπορεί να αντιπροσωπεύουν την πηγή του αερίου BLR. Σε σύγκριση με τα προηγούμενα μοντέλα, αυτό που επινοήθηκε από τον Δρ Wang και τους συναδέλφους του δημιουργεί μια σύνδεση μεταξύ διαφορετικών βασικών διαδικασιών και συνιστωσών κοντά σε ένα SMBH. Αυτά περιλαμβάνουν την τροφοδοσία της μαύρης τρύπας, την πηγή φωτονιωμένου αερίου και τον ίδιο τον σκονισμένο δακτύλιο.
Παρόλο που αυτή η έρευνα δεν επιλύει όλα τα μυστήρια που περιβάλλουν τα AGN, είναι ένα σημαντικό βήμα προς τη λήψη ακριβών εκτιμήσεων μάζας των SMBH με βάση τις φασματικές τους γραμμές. Από αυτούς, οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να προσδιορίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τι ρόλο έπαιξαν αυτές οι μαύρες τρύπες στην εξέλιξη των μεγάλων γαλαξιών.
Η μελέτη κατέστη δυνατή χάρη στην υποστήριξη που παρέχεται από το Εθνικό Βασικό Πρόγραμμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Έρευνας και Ανάπτυξης και το Βασικό Ερευνητικό Πρόγραμμα των Μεθοριακών Επιστημών, τα οποία και τα δύο διαχειρίζονται η Κινεζική Ακαδημία Επιστημών.
