A Nyilas A * galaxisunk központjában történő felfedezése óta a csillagászok megértették, hogy a legtöbb hatalmas galaxis magjában Supermassive Black Hole (SMBH) található. Ezt bizonyítja ezeknek a galaxisoknak az atommagjai által termelt hatalmas elektromágneses sugárzások - amelyeket „Active Galatic Nuclei” (AGN) néven ismernek -, amelyeket feltételezhetõen az SMBH-ra felszívódó gáz és por okoz.
A csillagászok évtizedek óta tanulmányozzák az AGN-ek fényét, hogy meghatározzák, mekkora és hatalmas a fekete lyukuk. Ez nehéz volt, mivel ezt a fényt Doppler-hatásnak teszik ki, amely spektrális vonalainak kiszélesedését okozza. De a kínai és az amerikai kutatók által kifejlesztett új modellnek köszönhetően a csillagászok képesek lehetnek ezeknek a széles vonalú régióknak (BLR) tanulmányozására és pontosabb becslések készítésére a fekete lyukak tömegére vonatkozóan.
A közelmúltban megjelent a tudományos folyóiratban az „Az árapályosan elbontott poros csomók, mint az aktív galaktikus magok széles emissziós vonalának eredete” című tanulmány Természet. A vizsgálatot Jian-Min Wang, a Kínai Tudományos Akadémia Nagy Energiafizikai Intézetének (IHEP) kutatója vezette, a Wyomingi Egyetem és a Nanjingi Egyetem támogatásával.
A lebontásról ismert, hogy az SMBH-k torz gáz- és portartalmúak, amelyek körülveszik őket. A fekete lyuk gravitációja felgyorsítja ebben a torusban a gázt másodpercenkénti ezer kilométer sebességre, ami felmelegszik és sugárzást bocsát ki különböző hullámhosszon. Ez az energia végül elhomályosította a teljes környező galaxist, ami lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy meghatározzák az SMBH jelenlétét.
Ahogyan Michael Brotherton, a Fizika és Csillagászat Tanszék UW professzora és a tanulmány társtulajdonosa elmagyarázta az UW sajtóközleményében:
"Az emberek azt gondolják:" Ez egy fekete lyuk. Miért olyan fényes? A fekete lyuk még mindig sötét. A lemezek olyan magas hőmérsékletet érnek el, hogy sugárzást bocsátanak ki az elektromágneses spektrumon, ideértve a gamma sugarakat, a röntgen sugarat, az UV, az infravörös és a rádióhullámokat. A fekete lyuk és a környező akkreditáló gáz, amelyet a fekete lyuk táplál, az üzemanyag, amely bekapcsolja a kvazárt. ”
A fényes régiók megfigyelésének problémája az, hogy a benne lévő gázok olyan gyorsan mozognak különböző irányokba. Míg a (ránk viszonyítva) elmozduló gáz a spektrum piros vége felé tolódik el, addig, amíg feléjük haladó gáz a kék vég felé tolódik el. Ez vezet a széles vonalú régióhoz, ahol a kibocsátott fény spektruma inkább spirálhoz hasonlít, így a pontos leolvasás nehezen elérhető.
Jelenleg az aktív galaktikus magokban az SMBH-k tömegének mérése a „visszhangzás feltérképezési technikára” támaszkodik. Röviden: ez magában foglalja a számítógépes modellek használatát a BLR szimmetrikus spektrális vonalainak megvizsgálására és a közti késések mérésére. Úgy gondolják, hogy ezek a vonalak olyan gázból származnak, amelyet az SMBH gravitációs ereje fotoionizált.
Mivel azonban a széles emissziós vonalok és a BLR-ek különféle alkotóelemeinek ismerete kevés, ez a módszer 200 és 300% közötti bizonytalansághoz vezet. "Igyekszünk részletesebb kérdéseket feltenni a spektrális széles vonalú régiókkal kapcsolatban, amelyek segítenek a fekete lyuk tömegének diagnosztizálásában." - mondta Brotherton. "Az emberek nem tudják, honnan származnak ezek a széles emissziós vonalrégiók, vagy ennek a gáznak a természetét."
Ezzel szemben a Dr. Wang vezette csapat új típusú számítógépes modellt fogadott el, amely figyelembe vette az SMBH-t körülvevő gáztoru dinamikáját. Azt állítják, hogy ez a tórusz diszkrét anyagcsomókból áll, amelyeket árapályosan megszakít a fekete lyuk, és ennek eredményeként némi gáz áramlik bele (más néven akrizálódik rajta), míg másokat kiáramlásként ürítik ki.
Ebből azt találták, hogy a BLR emissziós vonalai három jellemzőnek vannak kitéve - „aszimmetria”, „alak” és „eltolás”. A különféle kibocsátási vonalak - szimmetrikus és aszimmetrikus - megvizsgálása után megállapították, hogy ez a három jellemzõ nagymértékben függ attól, mennyire fényesek a gázcsomók, amelyeket úgy értelmeztek, mint a toruson belüli mozgásuk szöge következményeit. Vagy ahogy Dr. Brotherton mondta:
„Azt javasoljuk, hogy ezek a poros csomók mozogjanak. Néhányan beleakadnak egymásba, egyesülnek és megváltoznak a sebesség. Talán bejutnak a kvazárba, ahol a fekete lyuk él. Néhány csomó a széles vonalból származik. Néhányan kirúgnak.
Végül az új modell azt sugallja, hogy a fekete lyukú toruszból származó, az árapály által elbontott anyagcsomók jelenthetik a BLR gáz forrását. A korábbi modellekhez képest Dr. Wang és kollégái által kidolgozott modell kapcsolatot teremt a különféle kulcsfontosságú folyamatok és komponensek között egy SMBH közelében. Ezek magukban foglalják a fekete lyuk táplálását, a fotoionizált gáz forrását és magát a poros torust.
Noha ez a kutatás nem oldja meg az AGN-ket körülvevő összes rejtélyt, fontos lépés az SMBH-k pontos tömegbecslésének a spektrális vonalakon alapuló pontos megszerzése felé. Ezekből a csillagászok pontosabban meg tudják határozni, hogy ezek a fekete lyukak milyen szerepet játszottak a nagy galaxisok fejlődésében.
A tanulmány a tudományos és technológiai kutatási és fejlesztési kulcsfontosságú nemzeti program, valamint a Kínai Tudományos Akadémia által irányított Határokon átnyúló Tudományok Kutatási Programjának támogatásával vált lehetővé.
