A fekete lyukak a legérdekesebb és legfélelmetesebb természetű erők. Az egyik leginkább titokzatos azért is, mert a hagyományos fizika szabályai megoszlanak jelenlétükben. Több évtizedes kutatások és megfigyelések ellenére még mindig sok mindent nem tudunk róluk. Valójában a közelmúltban a csillagászok még soha nem láttak képet a fekete lyukról, és nem voltak képesek megmutatni tömegüket.
A moszkvai Fizikai és Technológiai Intézet (MIPT) fizikuscsoportja nemrégiben bejelentette, hogy kidolgoztak egy módszert egy fekete lyuk tömegének közvetett mérésére, ugyanakkor megerősítve annak létezését. Egy nemrégiben elvégzett tanulmányban megmutatták, hogyan tesztelték ezt a módszert a nemrégiben képszerkezett szupermasszív fekete lyukon a Messier 87 aktív galaxis közepén.
A tanulmány a A Királyi Csillagászati Társaság havi értesítései. A MIPT kutatói mellett a csoport tagjai voltak a hollandiai VLBI ERIC Közös Intézetből (JIVE), az Academia Sinica Tajvanon található Csillagászati és Asztrofizikai Intézetéből és a NOAJ Mizusawa VLBI megfigyelőközpontjáról Japánban.
A csillagászok évtizedek óta tudják, hogy a legtöbb hatalmas galaxis középpontjában egy szupermasszív fekete lyuk (SMBH) van. Ennek az SMBH-nak a jelenléte jelentős mennyiségű aktivitást eredményez a magban, ahol a gáz és a por egy akkumulációs korongba esik, és felgyorsul olyan sebességre, amely fényt bocsát ki, valamint rádió, mikrohullám, röntgen és gamma- sugárzás.
Egyes galaxisok esetében a magterület által keltett sugárzás olyan nagy, hogy a lemezen lévő összes csillagból származó fényt együttesen felülbírálja. Ezeket aktív galaktikus nukleáris (AGN) galaxisoknak nevezik, mivel aktív magokkal rendelkeznek, és más galaxisok viszonylag „csendesek”. Egy másik figyelmeztető azonosító, amely szerint a galaxis aktív, a túlhevített anyag hosszú sugarai, amelyek kiterjednek.
Ezeket a „relativisztikus fúvókákat”, amelyek több millió fényévig terjedhetnek, úgy nevezik, mert az azokban levő anyag a fénysebesség egy részéig gyorsul. Noha ezeket a fúvókákat még nem teljesen értik, a jelenlegi egyetértés abban áll, hogy egy gyorsan forgó SMBH által kiváltott bizonyos „motoros hatás” eredményezi őket.
A relativista sugárhajtású aktív galaxis jó példája a Messier 87 (más néven Virgo A), a Szűz csillagkép irányában elhelyezkedő szupergáns galaxis. Ez a galaxis a Földhez legközelebbi aktív galaxis, és ezért az egyik legjobban tanulmányozott. Eredetileg 1781-ben Charles Messier fedezte fel (aki egy ködre tévesztette fel), azóta rendszeresen tanulmányozták. 1918-ra az optikai sugárhajtású készülék az első ilyen jellegű megfigyelhető.
A közelségnek köszönhetően a csillagászok aprólékos módon képesek voltak tanulmányozni a Messier 87 sugárhajtóműjét - feltérképezve annak szerkezetét és plazma sebességét, valamint mérve a hőmérsékleteket és a részecskék sűrűségét a sugárfolyam közelében. A sugárhajtómű határait nagyon részletesen megvizsgálták, így a kutatók rájöttek, hogy hossza mentén homogén, és alakja annál változott, minél távolabb esik (áthaladva parabolikusról kúposra).
Mindezek a megfigyelések lehetővé tették a csillagászoknak, hogy hipotéziseket teszteljenek az aktív galaxisok felépítése, valamint a sugárhajtómű alakjának változása és a galaktikus atommag fekete lyukának hatása között. Ebben az esetben a nemzetközi kutatócsoport kihasználta ezt a kapcsolatot és meghatározta az M87s SMBH tömegét.
A csapat olyan elméleti modellekre is támaszkodott, amelyek előre jelezik a sugárhajtás megszakítását, amely lehetővé tette számukra egy olyan modell elkészítését, amelyben az SMBH tömege pontosan reprodukálja az M87 sugárhajtójának megfigyelt alakját. A sugárhajtómű szélességének, valamint a mag és az alakjának törése közötti távolság mérésével azt is megállapították, hogy az M87 sugárhajtómű határát két szegmens alkotja, amelyek két megkülönböztető görbét tartalmaznak.
Végül az elméleti modellek, a megfigyelések és a számítógépes számítások kombinációja lehetővé tette a csapat számára, hogy közvetett módon mérje meg a fekete lyuk tömegét és centrifugálási sebességét. Ez a tanulmány nem csupán egy új modellt nyújt a fekete lyuk becslésére és a fúvókák új mérési módszereit, hanem megerősíti a fúvókák szerkezetének alapjául szolgáló hipotéziseket is
Alapvetõen a csapat eredményei a sugárhajtást mágnesezõ folyadékáramként írják le, ahol az alakot a benne lévõ elektromágneses térerõ határozza meg. Ez viszont függ olyan dolgoktól, mint például a sugárhajtómű részecskék sebessége és töltése, a sugárban levő elektromos áram és az SMBH anyagának a körülvevő lemezről történő felhalmozódási sebessége.
Mindezeknek a tényezőknek a kölcsönhatása okozza a fúvóka alakjának megfigyelt törését, amely felhasználható az SMBH tömeg extrapolálására és annak forgási sebességére. Jelena Nokhrina, a MIPT laboratóriumi helyettes vezetője, a vizsgálatban részt vevő személy és a csapat vezető dolgozója a következőkben írja le az általuk kifejlesztett módszert:
„A fekete lyuk tömegének és spinjének becslésére szolgáló új, független módszer a munkánk legfontosabb eredménye. Annak ellenére, hogy pontossága összehasonlítható a meglévő módszerek pontosságával, az az előnye, hogy közelebb hoz minket a végcélhoz. Nevezetesen a „motor” paramétereinek finomítása annak természetének mélyebb megértése érdekében. ”
Az SMBH tanulmányozására szolgáló kifinomult eszközök (mint például az Event Horizon Telescope) és a hamarosan működőképes új generációs űrteleszkópok rendelkezésre állásának köszönhetően nem fog sokáig tartani, hogy ezt az új modellt alaposan teszteljék. Jó jelölt lehet a Nyilas A *, a galaxisunk középpontjában álló SMBH, amely becslések szerint 3,5 millió 4,7 millió napelemes tömeg között van.
Amellett, hogy pontosabban korlátozzák ezt a tömeget, a jövőbeli megfigyelések meg tudják határozni, mennyire aktív (vagy inaktív) galaxisunk magja. Ezek és más fekete lyuk rejtélyei várják!
