Ученые рассчитали массу черной дыры квазара, которую он имел 11 млрд лет назад
Результаты измерения массы сверхмассивной черной дыры в ярком квазаре SDSS J092034.17+065718.0 опубликовала в журнале Nature группа астрофизиков из Европейской южной обсерватории (ESO). Об этом 6 марта сообщает журнал МФТИ «За науку».
Руководитель лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ Елена Нохрина рассказала на страницах журнала о новом методе оценки массы черных дыр в дальнем космосе, использованном авторами публикации.
Ранее из наблюдений за ближайшими к нам галактиками был сделан вывод, что свойства галактик и сверхмассивных черных дыр в них имеют тесную энергетическую обратную связь от аккреции к черной дыре во время ее квазарной фазы — то есть в это период они эволюционируют совместно.
Черная дыра вызывает отток вещества из центра галактики и поглощает его. Чтобы более точно понять эти взаимосвязи, ученые стараются получать данные от систем в эпоху пика звездообразования, свет от которых идет до нас 8–12 миллиардов лет.
По расчетам, черная дыра в галактике J092034.17+065718.0 (более кратко — J0920) имеет массу 3,2×108 масс Солнца, а звездная масса ее родительской галактики составляет 6×1011 масс Солнца. Из чего можно предположить, что галактика росла быстрее, чем черная дыра, то есть между образованием галактики и черной дыры есть значительный промежуток времени.
В статье «Динамический показатель массы черной дыры в квазаре 11 миллиардов лет назад» авторы исследования рассказывают о проведенной ими оценке массы сверхмассивной черной дыры (СМЧД) в активной галактике J0920 — одном из самых ярких квазаров, красное смещение которого соответствует времени 11 млрд лет назад.
Оценка массы сверхмассивных черных дыр в астрофизике очень важна, поскольку именно массой определяется ее гравитационный радиус. Для ближайших галактик существует надежный способ оценки массы по движению звезд, звездных скоплений или газовых облаков.
В этом случае проводятся измерения скоростей и расстояний от центральной черной дыры, что позволяет определить массу черной дыры. Однако для более далеких источников прямые измерения невозможны из-за недостаточного разрешения, обеспечиваемого современными инструментами.
Другой надежный, но и трудоемкий метод оценки масс таких удаленных СМЧД — это метод реверберационного картографирования. С помощью спектроскопии определяют скорость облаков, которые находятся в окрестности черной дыры.
В этих облаках формируются широкие линии — так называемая область широких линий (broad line region, BLR). Расстояние до них можно оценить по запаздыванию вспышки в линиях облаков по сравнению со вспышкой в диске. Но это возможно только в случае высокопеременных источников, которые некоторое время должны непрерывно наблюдаться.
Для случаев, когда это невозможно, опытным путем была выявлена корреляция между светимостью в линиях и расстоянием до облаков, их излучающих. С помощью этого метода часто оценивают массы сверхмассивных черных дыр, но его точность и надежность ниже метода реверберационного картографирования.
Авторы обсуждаемого исследования оценили массу сверхмассивной черной дыры по результатам измерений с высочайшим разрешением на инструменте GRAVITY+. Они для оценки скоростей с высокой точностью измерили ширину линий.
Определить расстояния до облаков, излучающих линии, им помог инструмент по пространственной локализации пиков излучения областей с синим (движение на наблюдателя) и красным (от нас) сдвигами линий, имеющий беспрецедентное разрешение.
Более точные оценки расстояния между источниками линий и черной дырой они получили с помощью модели зависимости спектра от движущихся облаков, что позволило астрофизикам ESO получить значение массы сверхмассивной черной дыры в изучаемом квазаре. Причем новая оценка ее массы значительно ниже, полученных до этого менее точным методом эмпирической корреляции между светимостью в линиях и расстоянием до излучающих линии облаков.
Как отметила Елена Нохрина, важность этой работы заключается в том, что был отработан новый метод оценки масс СМЧД, который будет очень востребован астрофизиками.
Кроме того, полученная оценка массы черной дыры в далеком квазаре позволяет судить, насколько методы, разработанные для ближайших активных галактик, могут быть применены для более далеких и древних объектов во Вселенной. Например, для того чтобы выяснить, есть ли систематическая эволюция свойств этих объектов со временем.
Также выявленное исследователями запаздывание в росте массы черной дыры по сравнению с массой галактики расширяет понимание сценариев совместной эволюции системы «сверхмассивная черная дыра — галактика».
