4 Minuten
Maždaug už 5 milijardų šviesmečių nuo Žemės esančioje galaktikoje, žinomoje kaip SDSS J1148+1930, atrasta ultramasyvi juodoji skylė, kurios masė siekia apie 36,3 milijardo Saulės masių. Tai viena masyviausių juodųjų skylių iki šiol užfiksuotų, priartėjanti prie teorinių astrofizikos modelių numatytų masės ribų. Palyginimui, Paukščių Tako galaktikos centre esanti juodoji skylė Šaulys A* sveria vos 4,3 milijono Saulės masių – tai tik labai maža dalis palyginti su šiuo nauju milžinu.
Tyrime dalyvavę astronomai šį objektą pabrėžia kaip ultramasyvų, o ne tiesiog supermasyvų, pabrėždami išskirtinį jo mastą. Kaip pažymi Thomas Collett iš Portsmuto universiteto: „Tai viena iš 10 masyviausių juodųjų skylių kada nors atrastų, o gal net pati masyviausia.“ Tyrėjų komanda teigia, kad jų atliktas matavimas sumažino anksčiau šio tipo objektų masėje buvusį neapibrėžtumą.
Masyvios juodosios skylės SDSS J1148+1930 matavimui pasitelkti gravitacinio lęšiavimo metodai ir žvaigždžių dinamikos analizė. Ši sistema susijusi su išskirtiniu reiškiniu, vadinamu Kosmine Pasaga – pasagos formos šviesos lanku, kuris atsiranda, kai masyvi pirmaplanė galaktika veikia kaip gravitacinis lęšis tolimesnei galaktikai. Gravitaciniame lęšyje vaizdo iškraipymas užkoduotas masės pasiskirstyme, įskaitant ir centrinę juodąją skylę.
Pagrindinis autorius Carlos Melo-Carneiro iš Federalinio Rio Grande do Sul universiteto pabrėžia, kad ši juodoji skylė buvo aptikta būnant „ramybės būsenoje“ – ji neaktyviai įsiurbia dujas ir nesudaro ryškaus akrecinio disko, tačiau jos gravitacinė įtaka aplinkinėms žvaigždėms ir foninei šviesai leidžia nustatyti jos buvimą. Tokiose lęšiuotose sistemose tikslus lanko modeliavimas ir žvaigždžių judėjimo analizė galaktikos centre leidžia patikimai įvertinti visos galaktikos ir juodosios skylės bendrą masę.
Žvaigždžių dinamika – tai žvaigždžių greičių ir orbitinių trajektorijų tyrimai galaktikos centre. Ilgalaikis žvaigždžių orbitų stebėjimas anksčiau jau padėjo tiksliai įvertinti „ramių“ juodųjų skylių masę, įskaitant ir Paukščių Tako galaktikos centrą. Šįkart dinaminiai metodai, derinami su aukštos skiriamosios gebos lęšio modeliais, leido labai patikimai įvertinti SDSS J1148+1930 juodosios skylės masę.
Teoriniu požiūriu juodosios skylės gali augti be griežtos viršutinės ribos, tačiau praktiškai astrofizikiniai veiksniai – medžiagos tiekimo tempas ir Visatos amžius (apie 13,8 mlrd. metų) – riboja maksimalų įmanomą dydį. Dabartiniai skaičiavimai rodo, kad per kosminį laiką juodoji skylė užauga iki maždaug 50 milijardų Saulės masių, tad šis 36,3 milijardo masės objektas artėja prie tos ribos.
Ne visų milžiniškų juodųjų skylių masės įvertinimai yra vienodai patikimi. Pvz., anksčiau aptikta TON 618 iš pradžių buvo vertinta kaip turinti apie 66 milijardus Saulės masių, tačiau vėliau, įvertinus žvaigždžių dinamiką, skaičius sumažintas iki 40 milijardų. Palyginti su šiais atvejais, SDSS J1148+1930 rezultatas laikomas daug patikimesniu dėl naudojamų lęšiavimo ir dinamikos duomenų.
Išskirtinė šios sistemos ypatybė ta, kad ją turinti galaktika, manoma, yra „fosilinė galaktika“. Tai objektai, kurie tikriausiai yra susiformavusios iš buvusių tankių galaktikų spiečių, susiliejusių į vieną didžiulę galaktiką. Tokiu būdu daugybei atskirų galaktikų susiliejus, jų centrinės juodosios skylės laikui bėgant susivienijo į vieną ultramasyvią juodąją skylę.
Šio atradimo svarba – tai papildomas stebėjimų taškas, leidžiantis suprasti, kaip susidaro pačios milžiniškiausios juodosios skylės. Jei dauguma ultramasyvių juodųjų skylių susiformuoja susiliejančiuose galaktikų spiečiuose, detaliai tiriant „fosilines“ galaktikas, kaip SDSS J1148+1930, galima geriau pažinti paskutinius galaktikų ir juodųjų skylių evoliucijos etapus. Tokie rezultatai leidžia tikslinti juodosios skylės masės augimo ir susijungimų modelius, testuoti teorines ribas, kurioms įtaką daro Visatos amžius ir „kuro“ kiekis.
Tobulesni ultramasyvių juodųjų skylių masės matavimai keičia mūsų požiūrį į galaktikų ir juodųjų skylių sąryšio dėsnius, taip pat pagerina simuliacijų tikslumą, modeliuojant atgalinį poveikį žvaigždžių formavimuisi didelėse sistemose.
Ateityje dar tikslesnių matavimų tikimasi pasitelkus aukštesnės skiriamosios gebos vaizdus ir spektroskopiją, kurią suteiks naujos kartos astronominiai stebėjimai. Teleskopai kaip James Webb Space Telescope (JWST), Extremely Large Telescope (ELT) ir modernizuoti Žemės teleskopai su adaptyvine optika leis sudaryti detalesnius žvaigždžių judėjimo žemėlapius ir tiksliau modeliuoti gravitacinius lęšius. Didesnės lęšiuotų ir fosilinių galaktikų imtys padės atskleisti, ar SDSS J1148+1930 yra išskirtinis atvejis, ar priklauso didelei ultramasyvių juodųjų skylių populiacijai.
Nuoseklus lęšiavimo būdu gautų masių lyginimas su nepriklausomais dinaminiais ar reverberacijos metodais taip pat padės sumažinti sistemines paklaidas, galinčias iškreipti didžiausių juodųjų skylių masės įvertinimus.
Išvados: SDSS J1148+1930 centrinė juodoji skylė, kurios masė siekia apie 36,3 milijardo Saulės masių, patenka tarp didžiausių kada nors užfiksuotų juodųjų skylių, tikėtina, artėjančių prie praktinių augimo ribų, nulemtų Visatos evoliucijos ir fizikos. Nustatyta pasitelkus gravitacinį lęšiavimą ir žvaigždžių judėjimo analizę Kosminės Pasagos sistemoje, ši ramybės būsenoje esanti ultramasyvi juodoji skylė yra svarbus pavyzdys, kaip tokios milžiniškos struktūros formuojasi per hierarchinius susijungimus fosilinių galaktikų aplinkose. Ateities aukštos skiriamosios gebos stebėjimai leis nustatyti, ar tokie milžinai yra reti, ar neišvengiama galaktikų raidos pasekmė.
Citatos: • „Tai viena iš 10 masyviausių juodųjų skylių, kokios kada nors aptiktos, o gal net pati masyviausia.“ – Thomas Collett, Portsmuto universitetas. • „Atradimas padarytas 'ramios' juodosios skylės atveju – jos nustatymą lėmė tik milžiniškas gravitacinis laukas ir jo sukeliamas poveikis aplinkai.“ – Carlos Melo-Carneiro, Federalinis Rio Grande do Sul universitetas.
Quelle: sciencealert
Kommentare