9.5K
Используя метод реверберационного картирования, астрономы из проекта «Sloan Digital Sky Survey» (Слоуновский цифровой небесный обзор, SDSS) смогли измерить массу 44 сверхмассивных черных дыр, зародившихся во времена, когда Вселенной было менее половины ее текущего возраста. Результаты исследования представлены в журнале The Astrophysical Journal.
«Впервые мы измерили массы большого количества сверхмассивных черных дыр, которые находятся в очень далеких квазарах. Текущие и будущие измерения подобным методом предоставят важную информацию для ученых, изучающих рост и эволюцию галактик», – сказала Кэтрин Гриер, ведущий автор исследования из Университета штата Пенсильвания (США).
Ярче миллиарда звезд
Сверхмассивные черные дыры находятся в центрах почти всех больших галактик. Гравитационное притяжение этих монстров настолько велико, что окружающие их пыль и газ неумолимо поглощаются ими. В момент движения к центру материал, формирующий аккреционный диск, нагревается до невероятно высоких температур и начинает ярко светиться, вследствие чего его можно увидеть в разных уголках Вселенной.
Сияющие диски горячего вещества известны как «квазары». Изучение квазаров позволяет установить характеристики и эволюцию далеких галактик, в которых они проживают, однако для этого требуется определение свойств сверхмассивной черной дыры в их центре, главным из которых является масса.
Проблемы и их решение
Измерение массы черной дыры является сложной задачей. Для соседних галактик подходит анализ движения групп звезд и газа, располагающихся вблизи центра. Однако этот метод не работает для более далеких объектов, так как существующие сегодня телескопы не могут получить данные достаточно высокого разрешения. В итоге астрономам приходится прибегать к методу «реверберационного картирования».
Метод основан на сравнении яркости света, поступающего от газа, очень близко расположенного к черной дыре, и от быстро движущегося газа дальше от нее. Это позволяет определить временную задержку между вариациями, наблюдаемыми в двух регионах, которая дает подсказки о размере диска. Зная его, астрономы могут оценить массу сверхмассивной черной дыры, даже если у них нет возможности увидеть ее окружение в деталях.
За последние 20 лет с помощью этого метода определены массы всего примерно 60 сверхмассивных черных дыр в близлежащих активных галактиках, так как реверберационное картирование требует неоднократных наблюдений за объектами в течение нескольких месяцев, а при исследовании далеких квазаров – нескольких лет. Из-за этих трудностей до сих пор астрономам удалось успешно применить данный метод лишь для нескольких отдаленных квазаров.
Ключом к решению этой проблемы стал проект «Reverberation Mapping», в котором использована способность SDSS наблюдать сразу несколько квазаров (в настоящее время программа исследует около 850 квазаров одновременно). «Нам приходится очень тщательно проверять измерения, чтобы точно определить, что происходит в системе квазара», – рассказывает Джон Трамп, член исследовательской группы из Университета Коннектикута (США).
Калибровка и полученные результаты
Наблюдения в тот же период за той же группой квазаров с помощью Телескопа Канада-Франция-Гавайи (CFHT) и телескопов Обсерватории Стюарда позволили получить дополнительные данные. После того как все наблюдения были сопоставлены и процесс калибровки был завершен, команда определила временные задержки реверберации для 44 квазаров, что позволило им установить массы сверхмассивных черных дыр, которые составили от 5 миллионов до 1,7 миллиарда масс Солнца.
«Это большой шаг вперед в изучении квазаров. Впервые эти сложные измерения были выполнены для большого количества объектов», – прокомментировал Арон Барт из Калифорнийского университета (США), не участвовавший в исследовании. Новые данные исследователей SDSS увеличивают общее количество активных галактик с известными массами сверхмассивных черных дыр в их центрах примерно на две трети, а также отодвигают временные рамки, проникая в первую половину истории Вселенной.
«Наблюдение за квазарами в течение нескольких лет имеет решающее значение для точности измерений. По мере продолжения нашего проекта по мониторингу все большего и большего числа квазаров мы сможем лучше понять, как растут и развиваются сверхмассивные черные дыры», – заключил Юэ Шен, руководитель проекта «Reverberation Mapping» из Университета штата Иллинойс (США).