Сотрудники лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной Московского физико-технического института совместно с коллегами из ФИАН, Объединенного европейского института РСДБ и Дельфтского технического университета (Нидерланды), Института астрономии и астрофизики (Тайвань), Национальной астрономической обсерватории Японии и Высшего университета перспективных исследований (Токио) предложили новый способ косвенного измерения массы черной дыры. Метод успешно протестировали на активной галактике Мессье 87. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, кратко о ней рассказывается в пресс-релизе МФТИ.
Центральные области некоторых галактик выбрасывают длинную струю вещества и энергии — релятивистский джет. Предполагается, что в центре таких галактик находится вращающаяся черная дыра. Такие черные дыры называют активными ядрами галактик. Объект Мессье 87, находящийся в созвездии Девы, — ближайшая к нам и наиболее изученная галактика с активным ядром. Он был открыта еще в 1781 году. Структура джета у Мессье 87 изучена досконально: построены карты скоростей выброса плазмы, измерены температура и концентрация частиц вещества, увлекаемого в черную дыру. Граница этого джета была измерена настолько тщательно, что ученые увидели: она не однородна по длине, а меняет форму с параболической на коническую. Обнаруженный как единичный случай, этот эффект был недавно подтвержден и для десятка других активных галактик, но Мессье 87 по-прежнему демонстрирует его наиболее ярко. Полнота наблюдений позволяет тестировать гипотезы об устройстве активных галактик, в том числе и связь излома с гравитационным влиянием черной дыры.
Галактика Дева А или М87 и ее джет. Фото: NASA/JPL-Caltech/IPAC
Астрофизики воспользовались тем, что граница джета состоит из отрезков двух разных кривых. По расстоянию от центра ядра до точки излома им удалось косвенно измерить массу и спин черной дыры. Для этого учеными МФТИ был разработан метод, сочетающий теоретическую модель, компьютерный расчет и наблюдения с телескопов.
Ученые пытаются описывать струйный выброс как течение замагниченной жидкости. В таком случае форма струи определяется электромагнитным полем вокруг. Оно, в свою очередь, зависит от разных факторов: скоростей и зарядов частиц джета, электромагнитных токов внутри струи и аккреции, «всасывания» вещества черной дырой, из-за чего у нее появляется собственное магнитное поле. Сложное сплетение характеристик и физических явлений приводит к наблюдаемому излому. Существует теоретическая модель, предсказывающая излом, и, подбирая массу черной дыры в модели таким образом, чтобы результат компьютерного моделирования совпал с наблюдаемой формой выброса, ученые одновременно получили новую оценку массы черной дыры, новый способ измерения, а также подтверждение гипотез теоретической модели.
Ведущий автор работы Елена Нохрина, заместитель заведующего лабораторией фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ, прокомментировала: «Главный результат нашей работы — новый независимый метод оценки массы черной дыры. И хотя его точность сравнима с точностью уже существовавших методов, его преимущество в том, что он приближает нас к конечной цели — уточнению параметров центрального "двигателя" для более глубокого понимания природы его активности».
