Egy új számítógépes modell felhasználásával a csillagászok megállapították, hogy az M87 galaxis közepén lévő fekete lyuk legalább kétszer olyan nagy, mint ahogy korábban gondoltam. A Nap tömegének 6,4 milliárd-szorosával bemérve ez a még masszív fekete lyuk, amelyet eddig mértek, és ez az új modell arra utal, hogy a többi közeli nagy galaxisban elfogadott fekete lyuk tömege hasonló nagyságrendű lehet. Ennek következményei vannak a galaxisok kialakulásának és növekedésének elméleteire, és megoldhatják a régóta fennálló csillagászati paradoxont.
Karl Gebhardt, az Austini Texasi Egyetem csillagászai és Jens Thomas a Max Planck Földönkívüli Fizika Intézetéből hétfőn részletesebben mutatták be eredményeiket az amerikai csillagászati társaság konferenciáján, Pasadena, Kalifornia.
Annak megértése érdekében, hogy miként alakulnak és növekednek a galaxisok, a csillagászok alapvető információkkal kezdik a mai galaxisokról, például arról, hogy miből készülnek, milyen nagyok és mennyit súlyoznak. A csillagászok ezt az utolsó kategóriát, a galaxis tömegét úgy mérik, hogy felmérik a galaxison keringő csillagok sebességét.
A teljes tömeg tanulmányozása fontos, mondta Thomas, de „a legfontosabb szempont annak meghatározása, hogy a tömeg a fekete lyukban, a csillagokban vagy a sötét haloban van-e. Egy kifinomult modellt kell futtatnia, hogy felfedezhesse melyik melyik. Minél több alkatrész van, annál bonyolultabb a modell. ”
Az M87 modellezéséhez Gebhardt és Thomas a világ egyik legerősebb szuperszámítógépét, a Lonestar rendszert a Texasi Egyetem Austin Texas Speciális Számítástechnikai Központjában használta. A Lonestar egy Dell Linux klaszter 5840 feldolgozómaggal, másodpercenként 62 billió lebegőpontos műveletet hajthat végre. (A mai csúcskategóriás laptopnak két magja van, és másodpercenként akár 10 milliárd lebegőpontos műveletet is végrehajthat.)
Gebhardt és Jens M87-es modellje sokkal bonyolultabb volt, mint a galaxis korábbi modelljei, mivel a csillagok és a fekete lyuk modellezésén kívül figyelembe veszi a galaxis „sötét haloját”, a gömb alakú régiót, amely körülveszi a galaxist, amely túlnyúlik a fő látható szerkezet, amely tartalmazza a galaxis titokzatos „sötét anyagát”.
"A múltban mindig fontosnak tartottuk a sötét halo-t, de nem volt számítástechnikai erőforrásunk ahhoz, hogy azt felfedezzük" - mondta Gebhardt. „Korábban csak csillagokat és fekete lyukakat tudtunk használni. Dobd el a sötét haloban, ez túl számítástechnikailag drága lesz, szuperszámítógépekre kell mennie. ”
A Lonestar eredménye az M87 fekete lyukának tömege volt, amit a korábbi modellek találtak. "Egyáltalán nem számítottuk rá" - mondta Gebhardt. Ő és Jens egyszerűen csak akarták kipróbálni a modellüket a "legfontosabb galaxison", mondta.
Rendkívül hatalmas és kényelmesen megközelíthető (csillagászati szempontból) az M87 volt az első olyan galaxisok közül, amelyek közel három évtizeddel ezelőtt javasolták egy központi fekete lyuk kikötését. Ezenkívül aktív sugárhajtású lámpa világít a galaxis magjából, amikor az anyag közelebb forog a fekete lyukhoz, lehetővé téve a csillagászoknak, hogy tanulmányozzák azt a folyamatot, amellyel a fekete lyukak az anyagot vonzzák. Mindezek a tényezők teszik az M87-t „a szupermasszív fekete lyuk vizsgálatának horgonyává” - mondta Gebhardt.
Az M87-re vonatkozó új eredmények, valamint a közelmúltbeli tanulmányokból és a saját közelmúltbeli távcső-megfigyeléseiből (az előkészítés alatt álló publikációk) vele gyanítják, hogy a legtömegebb galaxisok összes fekete lyukasztását alábecsülik.
Ez a következtetés „fontos ahhoz, hogy a fekete lyukak hogyan kapcsolódnak a galaxisokhoz” - mondta Thomas. "Ha megváltoztatja a fekete lyuk tömegét, megváltoztatja a fekete lyuk kapcsolatát a galaxisban." A galaxis és a fekete lyuk között szoros kapcsolat van, amely lehetővé tette a kutatóknak, hogy megfigyeljék a galaxisok kozmikus időben történő növekedésének fizikáját. A fekete lyuk tömegének növekedése a legtömegesebb galaxisokban ezt a kapcsolatot újraértékelni fogja.
A közeli galaxisokban a fekete lyukak nagyobb tömege szintén megoldhat egy paradoxont a kvazárok tömegével kapcsolatban - az aktív fekete lyukak a rendkívül távoli galaxisok központjában, sokkal korábbi kozmikus korszakban látva. A kvazárok fényesen ragyognak, amikor az anyag spirálisan spirál, és bőséges sugárzást bocsát ki, mielőtt átlépnék az eseményhorizontot (a régió, amelyen kívül semmi - még a fény sem - nem tud menekülni).
"Van egy régóta fennálló probléma abban a helyzetben, hogy a kvazáris fekete lyuk tömege nagyon nagy volt - 10 milliárd napelemes tömeg" - mondta Gebhardt. „De a helyi galaxisokban soha nem láttuk olyan hatalmas fekete lyukakat, csaknem csaknem. A korábbi gyanú volt, hogy a kvazáris tömegek tévedtek ”- mondta. De "ha kétszer vagy háromszor növelik az M87 tömegét, akkor a probléma majdnem elmúlik."
A mai következtetések modell alapúak, de Gebhardt az M87 és más galaxisok új távcső-megfigyeléseit is új erőteljes műszerek felhasználásával végezte a Gemini északi teleszkópján és az Európai Déli Megfigyelő Intézet Nagyon Nagy Teleszkópján. Azt mondta, hogy ezek az adatok, amelyeket hamarosan közzétesznek, támogatják a fekete lyuk tömegével kapcsolatos jelenlegi modell-alapú következtetéseket.
A galaktikus sötét halok jövőbeli távcső-megfigyeléseire Gebhardt megjegyzi, hogy a Austin McDonald Obszervatóriumában a Texasi Egyetemen meglehetősen új eszköz tökéletes. "Ha meg kell tanulnod a halo-ot, hogy megkapja a fekete lyuk tömegét, akkor nincs jobb eszköz, mint a VIRUS-P" - mondta. A műszer spektrográf. Elkülöníti a fényt a csillagászati tárgyaktól az alkotóelemek hullámhosszaira, létrehozva egy aláírást, amely olvasható, hogy megtudja az objektum távolságát, sebességét, mozgását, hőmérsékletét és egyebeket.
A VIRUS-P jó halogén vizsgálatokhoz, mivel spektrumokat képes felvenni az ég nagyon nagy területén, lehetővé téve a csillagászoknak, hogy a nagyon alacsony fényszintet elérjék nagy távolságra a galaxis központjától, ahol a sötét halo dominál. Ez egy prototípus, amelyet a nagyobb VIRUS spektrográfba való bejutáshoz építettek a közelgő Hobby-Eberly teleszkóp sötét energiakísérlet (HETDEX) számára.
Források: AAS, McDonald Observatory
