Χρησιμοποιώντας ένα νέο μοντέλο υπολογιστή, οι αστρονόμοι έχουν διαπιστώσει ότι η μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία M87 είναι τουλάχιστον διπλάσιο από το προηγούμενο. Ζυγίζοντας 6,4 δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου, είναι η πιο μαζική μαύρη τρύπα που έχει μετρηθεί ακόμη και αυτό το νέο μοντέλο υποδηλώνει ότι οι αποδεκτές μάζες μαύρων οπών σε άλλους μεγάλους γαλαξίες που βρίσκονται κοντά μπορούν να απομακρυνθούν με παρόμοια ποσά. Αυτό έχει συνέπειες για τις θεωρίες για το πώς σχηματίζονται και μεγαλώνουν οι γαλαξίες και μπορεί ακόμη και να λύσουν ένα μακροχρόνιο αστρονομικό παράδοξο.
Οι αστρονόμοι Karl Gebhardt από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν και ο Jens Thomas από το Ινστιτούτο Max Planck για την Εξωγήινη Φυσική παρουσίασαν λεπτομερώς τα ευρήματά τους τη Δευτέρα στο συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στο Pasadena της Καλιφόρνια.
Για να καταλάβουμε πώς σχηματίζονται και μεγαλώνουν οι γαλαξίες, οι αστρονόμοι ξεκινούν με βασικές πληροφορίες για τους γαλαξίες σήμερα, όπως από τι είναι φτιαγμένοι, πόσο μεγάλοι είναι και πόσο ζυγίζουν. Οι αστρονόμοι μετρούν αυτήν την τελευταία κατηγορία, τη μάζα του γαλαξία, με το ρολόι της ταχύτητας των αστεριών σε τροχιά γύρω από τον γαλαξία.
Οι μελέτες της συνολικής μάζας είναι σημαντικές, είπε ο Τόμας, αλλά «το κρίσιμο σημείο είναι να καθοριστεί εάν η μάζα βρίσκεται στη μαύρη τρύπα, στα αστέρια ή στο σκοτεινό φωτοστέφανο. Πρέπει να τρέξετε ένα εξελιγμένο μοντέλο για να μπορέσετε να ανακαλύψετε ποιο είναι ποιο. Όσο περισσότερα συστατικά έχετε, τόσο πιο περίπλοκο είναι το μοντέλο. "
Για το μοντέλο M87, οι Gebhardt και Thomas χρησιμοποίησαν έναν από τους πιο ισχυρούς υπερυπολογιστές στον κόσμο, το σύστημα Lonestar στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Texas Advanced Computing Center του Ώστιν. Το Lonestar είναι ένα σύμπλεγμα Dell Linux με 5.840 πυρήνες επεξεργασίας και μπορεί να εκτελέσει 62 τρισεκατομμύρια λειτουργίες κινητής υποδιαστολής ανά δευτερόλεπτο. (Ο σημερινός κορυφαίος φορητός υπολογιστής διαθέτει δύο πυρήνες και μπορεί να εκτελέσει έως και 10 δισεκατομμύρια λειτουργίες κινητής υποδιαστολής ανά δευτερόλεπτο.)
Το μοντέλο M87 των Gebhardt και Jens ήταν πιο περίπλοκο από τα προηγούμενα μοντέλα του γαλαξία, γιατί εκτός από τη μοντελοποίηση των αστεριών και της μαύρης τρύπας, λαμβάνει υπόψη το «σκοτεινό φωτοστέφανο» του γαλαξία, μια σφαιρική περιοχή που περιβάλλει έναν γαλαξία που εκτείνεται πέρα από το κύριο του ορατή δομή, που περιέχει τη μυστηριώδη «σκοτεινή ύλη» του γαλαξία.
«Στο παρελθόν, θεωρούσαμε πάντα το σκοτεινό φωτοστέφανο σημαντικό, αλλά δεν είχαμε και τους υπολογιστικούς πόρους για να το εξερευνήσουμε», δήλωσε ο Gebhardt. «Μπορέσαμε να χρησιμοποιήσουμε μόνο αστέρια και μαύρες τρύπες πριν. Πετάξτε στο σκοτεινό φωτοστέφανο, γίνεται πολύ υπολογιστικά ακριβό, πρέπει να πάτε σε υπερυπολογιστές. "
Το αποτέλεσμα Lonestar ήταν μια μάζα για τη μαύρη τρύπα του M87 αρκετές φορές από αυτά που είχαν βρει τα προηγούμενα μοντέλα. «Δεν το περιμέναμε καθόλου», είπε ο Gebhardt. Αυτός και ο Jens ήθελαν απλώς να δοκιμάσουν το μοντέλο τους στον «σημαντικότερο γαλαξία εκεί έξω», είπε.
Εξαιρετικά τεράστιο και βολικά κοντά (σε αστρονομικούς όρους), το M87 ήταν ένας από τους πρώτους γαλαξίες που πρότεινε να φιλοξενήσει μια κεντρική μαύρη τρύπα πριν από τρεις δεκαετίες. Έχει επίσης ένα ενεργό τζετ που εκπέμπει φως στον πυρήνα του γαλαξία καθώς η ύλη περιστρέφεται πιο κοντά στη μαύρη τρύπα, επιτρέποντας στους αστρονόμους να μελετήσουν τη διαδικασία με την οποία οι μαύρες τρύπες προσελκύουν την ύλη. Όλοι αυτοί οι παράγοντες καθιστούν το M87 το «άγκυρα για υπερμεγέθεις μελέτες μαύρων τρυπών», δήλωσε ο Gebhardt.
Αυτά τα νέα αποτελέσματα για το M87, μαζί με υπαινιγμούς από άλλες πρόσφατες μελέτες και τις δικές του πρόσφατες παρατηρήσεις του τηλεσκοπίου (δημοσιεύσεις σε προετοιμασία), τον οδηγούν να υποψιαστεί ότι όλες οι μάζες μαύρων οπών για τους πιο μαζικούς γαλαξίες είναι υποτιμημένες.
Αυτό το συμπέρασμα «είναι σημαντικό για το πώς σχετίζονται οι μαύρες τρύπες με τους γαλαξίες», είπε ο Τόμας. "Αν αλλάξετε τη μάζα της μαύρης τρύπας, αλλάζετε πώς σχετίζεται η μαύρη τρύπα με τον γαλαξία." Υπάρχει μια στενή σχέση μεταξύ του γαλαξία και της μαύρης τρύπας που επέτρεψε στους ερευνητές να διερευνήσουν τη φυσική του πώς οι γαλαξίες μεγαλώνουν με τον κοσμικό χρόνο. Η αύξηση των μαζών των μαύρων τρυπών στους πιο μαζικούς γαλαξίες θα προκαλέσει την εκ νέου αξιολόγηση αυτής της σχέσης.
Υψηλότερες μάζες για μαύρες τρύπες σε κοντινούς γαλαξίες θα μπορούσαν επίσης να λύσουν ένα παράδοξο σχετικά με τις μάζες των κβάζαρ - ενεργές μαύρες τρύπες στα κέντρα εξαιρετικά μακρινών γαλαξιών, που παρατηρήθηκαν σε μια πολύ παλαιότερη κοσμική εποχή. Τα κβάζαρ λάμπουν λαμπρά καθώς το υλικό περιστρέφεται, εκπέμποντας άφθονη ακτινοβολία πριν περάσει τον ορίζοντα του γεγονότος (η περιοχή πέρα από την οποία τίποτα - ούτε καν φως - δεν μπορεί να διαφύγει).
«Υπάρχει ένα μακροχρόνιο πρόβλημα στο ότι οι μάζες των μαύρων οπών quasar ήταν πολύ μεγάλες - 10 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες», δήλωσε ο Gebhardt. «Αλλά στους τοπικούς γαλαξίες, δεν είδαμε ποτέ μαύρες τρύπες τόσο μεγάλες, όχι σχεδόν. Η υποψία ήταν πριν ότι οι μάζες των κβάζαρ ήταν λάθος », είπε. Αλλά «αν αυξήσουμε τη μάζα του M87 δύο ή τρεις φορές, το πρόβλημα σχεδόν εξαφανίζεται».
Τα σημερινά συμπεράσματα βασίζονται σε μοντέλα, αλλά ο Gebhardt έκανε επίσης νέες τηλεσκοπικές παρατηρήσεις του M87 και άλλων γαλαξιών χρησιμοποιώντας νέα ισχυρά όργανα στο Βόρειο Τηλεσκόπιο Gemini και στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου. Είπε ότι αυτά τα δεδομένα, τα οποία θα υποβληθούν για δημοσίευση σύντομα, υποστηρίζουν τα τρέχοντα συμπεράσματα βάσει μοντέλου σχετικά με τη μάζα των μαύρων οπών.
Για μελλοντικές τηλεσκοπικές παρατηρήσεις γαλαξιακών σκούρων φωτοστέφανων, ο Gebhardt σημειώνει ότι ένα σχετικά νέο όργανο στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Παρατηρητήριο McDonald του Ώστιν είναι τέλειο. "Εάν πρέπει να μελετήσετε το φωτοστέφανο για να πάρετε τη μάζα της μαύρης τρύπας, δεν υπάρχει καλύτερο όργανο από το VIRUS-P", είπε. Το όργανο είναι φασματογράφος. Διαχωρίζει το φως από τα αστρονομικά αντικείμενα στα μήκη κύματος του συστατικού του, δημιουργώντας μια υπογραφή που μπορεί να διαβαστεί για να μάθετε την απόσταση, την ταχύτητα, την κίνηση, τη θερμοκρασία και πολλά άλλα.
Το VIRUS-P είναι καλό για μελέτες φωτοστέφανου, διότι μπορεί να πάρει φάσματα σε μια πολύ μεγάλη περιοχή του ουρανού, επιτρέποντας στους αστρονόμους να φτάσουν στα πολύ χαμηλά επίπεδα φωτός σε μεγάλες αποστάσεις από το κέντρο του γαλαξία όπου κυριαρχεί το σκοτεινό φωτοστέφανο. Πρόκειται για ένα πρωτότυπο, κατασκευασμένο για να δοκιμάζει την τεχνολογία που μπαίνει στο μεγαλύτερο φασματογράφο VIRUS για το επερχόμενο Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX).
Πηγές: AAS, Παρατηρητήριο McDonald
