С помощью новой компьютерной модели астрономы определили, что черная дыра в центре галактики M87 как минимум в два раза больше, чем считалось ранее. Будучи массивнее Солнца в 6,4 млрд. раз, она является самой массивной черной дырой. Эта новая модель предполагает, что установленные массы черных дыр в других больших соседних галактиках могут отличаться на похожие количества. Это имеет некоторые следствия для теорий о формировании и росте галактик и может помочь решить давнишний астрономический парадокс.
Астрономы Карл Джебхардт (Karl Gebhardt) из Университета Техаса в Остине и Йенс Томас (Jens Thomas) из Института Макса Планка детализировали свои результаты 8 июня на американской Астрономической конференции в Пасадине (Калифорния).
Чтобы попытаться понять, как галактики формируются и растут, астрономы начинают с основной информации о галактиках: из чего они сделаны, насколько они велики и сколько они весят. Астрономы измеряют эту последнюю категорию, массу галактики, хронометрируя скорость звезд, движущихся по кругу в пределах галактики.
“Исследования точной массы очень важны”, – сказал Томас. Но “важнее всего определить, находится ли эта [основная] масса в черной дыре, звездах или темном ореоле. Вы должны управлять сложной моделью, чтобы обнаружить, что чем является. Чем больше компонентов, которые Вы используете, тем более сложная получается модель”.
Для модели M87 Джебхардт и Томас использовали один из самых мощных суперкомпьютеров в мире — систему Lonestar в Университете Техаса в техасском Вычислительном центре. Lonestar — группа Dell Linux с 5840 ядрами и может выполнить 62 триллиона операций с плавающей запятой в секунду. (Современный самый первоклассный ноутбук имеет два ядра и может выполнить до 10 миллиардов операций с плавающей запятой в секунду).
Модель M87 стала наиболее сложной из всех предыдущих моделей галактик, потому что в дополнение к моделированию ее звезд и черной дыры, она принимает во внимание “темное гало” галактики, сферическую область вокруг галактики, которая простирается за пределы ее основной видимой структуры, содержа таинственную “темную материю галактики”.
“В прошлом мы всегда полагали, что темное гало является существенным, но у нас не было вычислительных ресурсов, чтобы исследовать также и его”, – сказал Джебхардт. “Прежде мы могли использовать [в моделях] только звезды и черные дыры”. Он также сказал, что в любом случае для исследования подобных темных гало необходимо переходить на супер компьютеры.
Результатом работы Lonestar стала масса черной дыры M87, которая оказалась в несколько раз выше того, что установили предыдущие модели. “Мы не ожидали такого вообще”, – сказал Джебхардт. Он и Йенс просто хотели проверить свою модель на “самой важной галактике”, как он выразился.
Будучи чрезвычайно массивной и близкой (в астрономических сроках), M87 была одной из первых галактик, относительно которой почти три десятилетия назад выдвинули предположение о подпитке центральной черной дыры. По словам Джебхардта, все эти факторы делают M87 вдохновителем на исследования супермассивной черной дыры.
Эти новые результаты относительно M87, вместе с некоторыми данными из других недавних исследований и его собственных недавних наблюдений при помощи телескопа, вынуждают его предполагать, что массы всех черных дыр для всех самых массивных галактик являются недооцененными.
Этот вывод “имеет важное значение для того, как черные дыры связаны с галактиками”, – сказал Томас. “Если вы измените массу черной дыры, то вы измените и то, как черная дыра связана с галактикой”. Существует жесткая взаимосвязь между галактикой и ее черной дырой, которая позволила ученым исследовать физику того, как галактики растут с космическим временем. Увеличение масс черной дыры в самых массивных галактиках заставляет пересмотреть это отношение.
Более высокие массы для черных дыр в соседних галактиках также могли решить парадокс относительно масс квазаров — активные черные дыры в центрах чрезвычайно отдаленных галактик, замеченных в намного более ранней космической эпохе.
“Существует давнишняя проблема в том, что массы квазаров считались очень большими — 10 млрд. солнечных масс”, – говорит Джебхардт. “Но в локальных галактиках, мы никогда не встречали черные дыры такой массы, даже близко. Подозрение прежде всего пало на то, что массы квазара были ошибочными”, – сказал он. Но “если мы увеличиваем массу M87 в два или три раза, проблема почти исчезает”.
Сегодняшние заключения основаны на теоретической модели, но Джебхардт также сделал новые наблюдения за M87 и другими галактиками, используя новые мощные инструменты телескопа Gemini и телескопа Европейской Южной Обсерватории. Он сказал, что эти данные будут представлены для публикации в ближайшее время.
Источники: AAS, McDonald Observatory