Телескоп ALMA точно измерил массу черной дыры

Группа исследователей, возглавляемая Кеко Ониши (Kyoko Onishi), проводила с помощью комплекса телескопов ALMA наблюдения за спиральной галактикой с перемычкой NGC 1097 и обнаружила, что у ее центральной сверхмассивной черной дыры (SMBH) масса в 140 млн. раз превышает солнечную. Результат этого исследования основан на данных ALMA, полученных в рамках двухчасового наблюдения, которое свидетельствует о выдающихся возможностях ALMA в измерении массы SMBH.

В центре большинства галактик во Вселенной есть крупная черная дыра. Так как эти черные дыры имеют массу от нескольких миллионов до десятков миллиардов солнечных, их называют "сверхмассивными черными дырами" (SMBHs). Масса является важным параметром для понимании эволюции галактик, так как считается, что черные дыры и галактики развиваются одновременно. Недавние результаты наблюдений свидетельствуют о взаимосвязи между массой SMBH и массой/светимостью центральной выпуклости галактики. Это означает, что SMBHs могут играть ведущую роль в росте и развитии галактик.

Есть несколько методов вычисления массы сверхмассивной черной дыры, один из которых использует собственное движение звезд и мегамазеров (астрофизических объектов, испускающих сильные радиоволны) и применяется к наблюдаемым объектам. Но этот метод измерения сложен и не подходит для большинства галактик, так как требует наблюдений за областями вокруг SMBH с очень высоким угловым разрешением (*1 и *2).

Другой метод использует динамику ионизированного газа в выпуклости галактики. Однако этим способом трудно точно измерить массы черных дыр в большом количестве галактик. Кроме того, его применение часто ограничено эллиптическими галактиками. Поэтому этот метод также нельзя считать универсальный для измерения масс SMBH во всех типах галактик.

Альтернативой этим обычным методам является определение массы SMBH по динамике молекулярных газов в центральной области галактики, сформулированное Дэвисом и его командой (ESO). Преимущество этого способа в том, что молекулярный газ является менее чувствительным к условиям окружающей среды по сравнению со звездами и ионизированным газом. Поэтому движение зависит от гравитации SMBH и его легче измерить. Наблюдения за галактикой NGC 4526 проводились с помощью радиотелескопа CARMA в течение десятков часов. Ученые вычислили этим методом массу центральной сверхмассивной черной дыры линзовидной галактики.

Однако NGC 1097 - спиральная галактика с перемычкой. Последние результаты наблюдений указывают на взаимосвязь между массой SMBH и свойствами галактики, которые варьируются в зависимости от их типа. Поэтому важно получить точные значения массы сверхмассивной черной дыры в различных типах галактик, подчеркнул Ониши.

Центральная область галактики NGC 1097, снятая ALMA: скорость газа HCN показана цветом и наложена на оптическое изображение "Хаббла" (красный цвет - газ удаляется, а фиолетовый - приближается)
Фото: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), К. Ониши (SOKENDAI), Хаббл

Исследовательская группа сделала точные измерения распределения и кинематики молекулярного газа, наблюдая с помощью ALMA эмиссионные линии цианистого водорода (HCN) и формила (НСО +), и затем исследовала гравитационное движение молекулярного газа, создав несколько астрофизических моделей. В результате вычислений было установлено, что центральная черная дыра NGC1097 имеет массу в 140 млн. раз больше солнечной. Это первое измерение массы SMBH с использованием этого метода в галактиках позднего типа (например, в спиральных и спиральных галактиках с перемычкой).

Измерение массы сверхмассивных черных дыр является первым шагом к раскрытию тайн формирования и совместного развития галактик и SMBHs и свидетельствует о прекрасных возможностях комплекса телескопов ALMA в этой области.

Источник: nao.ac.jp