Dla większości ludzi perspektywa pomiaru dokładnej masy gigantycznych obiektów kosmicznych podróżujących we wszechświecie wydaje się nierealistyczna. Ale po zainstalowaniu w północnej części Chile ostatniej anteny radioteleskopu ALMA, która działa zarówno z falami milimetrowymi, jak i submilimetrowymi, zadanie to stało się dość łatwe. Pole antenowe olbrzymiego ALMA zajmuje 16 kilometrów pustyni Atacama i łączy 66 anten. Wszystkie współpracują ze sobą, jako jeden ogromny precyzyjny teleskop. Jednak określenie dokładnej masy nadolbrzymich czarnych dziur znajdujących się w odległości milionów lat świetlnych od powierzchni Ziemi nie jest proste.
Gdzie czają się czarne dziury?
Astronomowie już dawno ujawnili, że takie kosmiczne ciała, posiadające gigantyczną masę, są ukryte w jądrach większości galaktyk. Obiekty te powstały w wyniku ewolucji ich macierzystych galaktyk, przez długie miliardy lat. A ich badanie jest priorytetowym zadaniem współczesnej astrofizyki. Czarne dziury mają duży wpływ na powstawanie nowych gwiazd. Oni, podobnie jak wszystkie żywe obiekty Wszechświata, stopniowo rosną i ewoluują, wywierając znaczący wpływ na ośrodek międzygwiezdny. Istnieje kilka sposobów określania masy tych potężnych. Aby wybrać każdy z nich, oceniane są pewne kryteria: odległość obiektu, typ galaktyki i inne.
Monster in the Milky Way
Nasza Droga Mleczna ma również supermasywną czarną dziurę w swoim rdzeniu. Była widziana w gwiazdozbiorze Strzelca jako potężne źródło fal radiowych. Astronomowie, wykorzystując niezwykle dokładne teleskopy na podczerwień, byli w stanie śledzić trajektorie innych gwiazd wokół tego punktu, promieniując najpotężniejsze fale radiowe. W wyniku takich badań określono masę tej czarnej dziury, która wynosi 4 miliony razy masa naszej gwiazdy, Słońca.
Czy można zmierzyć czarne dziury w strukturze jąder odległych galaktyk?
Pomiar masy kosmicznego potwora najbliżej Ziemi nie jest tak trudny dla współczesnych astrofizyków. Wszakże znajduje się bardzo blisko naszych ziemskich obserwatoriów - „tylko” 25 tysięcy lat świetlnych. Co powiesz na określenie wielkości i masy czarnych dziur ukrytych w jądrach innych galaktyk? Są tak daleko od Ziemi, że pomiar prędkości obrotu gwiazd w ich rdzeniach jest niemożliwy nawet przy użyciu teleskopów na podczerwień. Naukowcy próbują tej metody: znajdują jasne obiekty radiowe mega-ścigaczy (generatory kwantowe, które emitują fale elektromagnetyczne w zakresie centymetrów) i obserwują, jak poruszają się po środku - czarnej dziury. Megamasery pełnią rolę latarni morskiej, ale niestety dla astronomów nie znajdują się we wszystkich galaktykach.
Inna metoda jest również praktykowana: badanie ruchu zjonizowanych gazów wewnątrz jąder galaktycznych. Istnieje algorytm do obliczania masy czarnych dziur na podstawie prędkości ruchu takich chmur gazowych. Ta metoda może być używana tylko do pomiaru obiektów w galaktykach eliptycznych i jest całkowicie nieodpowiednia do określania masy supermasywnych czarnych dziur ukrywających się w jądrach galaktyk w kształcie spirali. Możliwość takich pomiarów ma tylko super gigantyczny teleskop ALMA.
Co może nauczyć się ALMA teleskopu?
Galaktyka spiralna NGC 1097, która znajduje się w odległości prawie 45 milionów lat świetlnych od nas i znajduje się w konstelacji Pec południowej półkuli, zainteresowała się ostatnio grupą naukowców pod wodzą Kyoko Onishi. Badali konfigurację i szybkość ruchu wokół jądra cząsteczek dwóch substancji: cyjanowodoru (HCN), formylium (HCO +). Następnie, za pomocą modeli komputerowych opracowanych za pomocą teleskopu ALMA, byli w stanie stwierdzić, że takie wskaźniki są charakterystyczne dla czarnych dziur o masie 140 milionów mas Słońca. Okazuje się, że czarna dziura galaktyki NGK 1097 jest supermasywna. Jest 35 razy większy niż nasz, położony w Drodze Mlecznej.
Badanie to było pierwszym, które przeprowadzono przy użyciu ALMA w galaktyce w kształcie spirali ze skoczkiem. Teraz astrofizyka, używając tego modelu, będzie w stanie zmierzyć inne masywne obiekty kosmiczne. Badania te pomogą ludzkości zrozumieć, jak wpływają na siebie nawzajem i na inne ciała kosmiczne.
