Предложен новый метод измерения массы чёрных дыр

В природе не существует весов, которые позволили бы взвесить чёрную дыру. Тем не менее, астрофизики из Московского физико-технического института разработали новый способ косвенного измерения массы чёрных дыр (ЧД). Они протестировали новый метод, о котором сообщается в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, на ЧД в активной галактике Мессье 87.

Активные галактические ядра являются одними из самых ярких и загадочных объектов в космосе. Галактика считается активной, если она производит тонкий длинный пучок вещества и энергии, направленный в космическое пространство. Этот феномен, известный как релятивистская струя, не может быть объяснён звёздами в галактике. В настоящее время существует консенсус в отношении того, что джеты создаются какими-то “двигателями”, находящимися в ядрах галактик. Хотя их природа плохо изучена, исследователи считают, что вращающаяся чёрная дыра может питать активную галактику.

Мессье 87 в созвездии Девы – это активная галактика, которая находится ближе всего к Земле. Она достаточно хорошо изучена, поскольку её наблюдения проводятся с 1781 года, когда она была впервые обнаружена и отнесена к туманностям. Прошло некоторое время, прежде чем астрономы осознали, что это галактика, и её джет, открытый в 1918 году, был первым из наблюдавшихся.

Структура струи Мессье 87 была тщательно изучена, с отображением скоростей и измерением температуры и плотности частиц вблизи струи. Граница струи была изучена настолько подробно, что исследователи обнаружили, что она неоднородна по всей своей длине, и изменяет форму от параболической до конической. Первоначально обнаруженный как единичный случай, этот эффект был позже подтверждён для дюжины других галактик, хотя M87 остаётся самым ярким примером этого явления.

Астрофизики использовали тот факт, что граница струи состоит из сегментов двух различных кривых, и использовали расстояние между ядром и разрывом струи вместе с шириной струи, чтобы косвенно измерить массу и спин чёрной дыры. С этой целью ученые МФТИ разработали метод, который объединяет теоретическую модель, компьютерные расчёты и наблюдения с помощью телескопа.

Исследователи попытались описать струю как поток намагниченной жидкости. В этом случае форма струи определяется электромагнитным полем в ней, которое, в свою очередь, зависит от различных факторов, таких как скорость и заряд частиц струи, электрический ток внутри струи и скорость, с которой чёрная дыра поглощает материю. Сложное взаимодействие между этими характеристиками и физическими явлениями приводит к наблюдаемому разрыву.

Существует теоретическая модель, которая предсказывает разрыв, поэтому команда смогла определить, какая масса чёрной дыры приводит к модели, воспроизводящей наблюдаемую форму струи. Это обеспечило новую модель для оценки массы чёрной дыры, новый метод измерения, а также подтверждение гипотез, лежащих в основе теоретической модели.