Astronomowie, wykorzystując prędkość obrotu dysku akrecyjnego, zmierzyli masę czarnej dziury, która była 660 milionów razy masywniejsza niż Słońce.
Chociaż wiemy, że czarne dziury są duże, ale jak astronomowie mierzą ich masę? Nie możemy tam po prostu wejść i zważyć ich. Na szczęście astronomowie mają wiele sprytnych sposobów pomiaru masy obiektów we wszechświecie, a czarne dziury nie są wyjątkiem.
Używając największego i najpotężniejszego obserwatorium na planecie, astronomowie mogli szczegółowo zobaczyć centralną część galaktyki eliptycznej zwanej NGC 1332, która znajduje się około 75 milionów lat świetlnych od nas, aby uzyskać szczegółowy obraz wirujących gazów wokół centralnej supermasywnej czarnej dziury. Pomimo faktu, że większość znanych galaktyk ma ogromne czarne dziury w swoich rdzeniach, czarna dziura w centrum NGC 1332 jest 660 milionów razy masywniejsza niż nasze Słońce.
Do osiągnięcia tej wysokiej dokładności użyto siatki milimetrowej / submilimetrowej Atakam Big (ALMA) w Chile, ale nie spojrzała ona bezpośrednio na czarną dziurę, ale podążała za wściekłą zaporą gazów galaktycznych tkwiących w głębokiej dziurze czarnej dziury.
„Aby obliczyć masę czarnej dziury w centrum galaktyki, musimy zmierzyć prędkość czegoś obracającego się wokół niej” - powiedział Aaron Barth z University of Irvine w Kalifornii i główny autor badania opublikowanego w Astrophysical Journal. „Aby uzyskać dokładny pomiar, musimy szczegółowo zbadać centrum galaktyki, gdzie siła grawitacyjna czarnej dziury jest dominującą siłą”. „ALMA to fantastyczne nowe narzędzie do dokonywania tych obserwacji”.
Wszyscy wiemy, że czarne dziury są czarne. Ich masa ma tak ogromny ciąg grawitacyjny, że nic, nawet światło, nie może uciec z pułapki grawitacyjnej. Ponieważ nie możemy ich zobaczyć, astronomowie mogą wykryć obecność czarnych dziur za pomocą innych, pośrednich środków. Jednym ze sposobów jest pomiar emisji gorącego gazu uwięzionego przez dysk akrecyjny czarnej dziury. Inny sposób: obserwować, jak masa czarnej dziury deformuje czasoprzestrzeń, pochylając światło wokół niej.
W przypadku NGC 1332 możliwe jest rozważenie zimnego gazu molekularnego, który znajduje się w pobliżu czarnej dziury. Znając odległość chmury gazu od czarnej dziury, z pomocą ALMA można z dużą dokładnością zmierzyć masę czarnej dziury. Jest naprawdę potworna.
W tej galaktyce gaz jest spłaszczony w ogromny dysk, który obraca się wokół czarnej dziury o promieniu 800 lat świetlnych. Dla porównania, odległość od naszego układu słonecznego do najbliższego układu gwiazd Alfa Centauri wynosi nieco ponad 4 lata świetlne. Promień tej kolosalnej struktury jest 200 razy szerszy. Na widzialnych długościach fal ten dysk nie jest w pełni widoczny i wygląda jak sylwetka na tle gęsto upakowanych gwiazd. Jednak ALMA skanuje przestrzeń w paśmie radiowym, a ponieważ zimny dysk gazowy generuje emisję radiową, pozwala astronomom odróżnić „małe” struktury, zaledwie 15 lat świetlnych, wewnątrz dysku. Ta zdumiewająca dokładność pomiaru umożliwiła dostrzeżenie „strefy wpływów” czarnej dziury w odległości 80 lat świetlnych od centrum. Gazy w tym regionie obracają się z prędkością ponad 300 mil na sekundę.
Poprzednie pomiary masy czarnej dziury opierały się na obserwacjach światła widzialnego zjonizowanego gazu w gorących dyskach akrecyjnych. Chociaż obserwatoria takie jak Teleskop Kosmiczny Hubble'a mogą obliczyć masę czarnych dziur, te gorące dyski akrecyjne są z natury turbulentne. Dodaje to większy stopień niepewności w widzialnych pomiarach światła.
Jednak emisje z zimnego gazu molekularnego (w tym przypadku tlenku węgla lub emisji CO) w ekspandowanych dyskach pochodzą z dużo spokojniejszych warunków, co daje astronomom niespotykaną dokładność pomiaru.
