Черные королевы: Массивнее сверхмассивного
По результатам работы, опубликованной в начале июня, некоторые из сверхмассивных черных дыр (СЧД) мы сильно недооценивали. Эти «черные королевы» могут оказаться, минимум, вдвое, а то и вчетверо тяжелее, чем считали ученые. По крайней мере, этот вывод делается на основе компьютерного моделирования, проведенного независимо двумя группами исследователей, а также из новых наблюдений за центральными скоплениями звезд, окружающих черные дыры в массивных галактиках в сотнях миллионов световых лет от Земли.
В симуляции, проведенной на мощных суперкомпьютерах, американский астроном Карл Гебхардт (Karl Gebhardt) и немецкий Йенс Томас (Jens Thomas) заново оценили массу самой крупной черной дыры в ближайших к нам окрестностях Вселенной. Эта дыра находится от нас в 50 млн световых лет, в центре галактики M87. При анализе ученые впервые включили в расчет наличие темной материи, которая тоже должна вносить свой вклад в размеры и массу СЧД.
Напомним, что темная материя — довольно таинственная субстанция, наблюдать которую непосредственно не удается, зато она проявляет себя при гравитационных взаимодействиях с обычной материей. Считается, что темной материи во Вселенной во много раз больше, чем обычной, и что именно она во многом определяет крупномасштабную ее структуру, управляет жизнью и движением целых галактик и звездных скоплений. Читайте о ней подробнее в заметках «Влияние той стороны» и «Нити вселенской паутины».
О том, как ученые узнают массу черных дыр, мы рассказывали в статье «Как взвесить невзвешиваемое». Здесь же лишь напомним вкратце, что делается это на основе замеров за скоростью движения звезд вокруг центра галактики. Из этого можно сделать выводы о том, сколько весит весь этот центр, включая местные звезды и саму сверхмассивную дыру. Затем другими методами оценивают массу звезд отдельно, и простым вычитанием получают вес дыры.
Считалось, что почти вся темная материя галактики окружает ее по периферии на манер гигантского кокона, и в центре ее практически нет. Так что обычно из этих расчетов она выбрасывалась. Однако теперь Гебхардт и Томас показали, что для того, чтобы точно оценить массу звезд центрального скопления, темную материю учитывать придется. И дело тут не в ее распределении, а в том, какими методами ведется оценка массы звезд.
Традиционно, для этого астрономы делают точные замеры светимости этих звезд и, используя известные соотношения между размером звезды и ее яркостью, «переводят» свет в массу. Раньше, когда только выводились эти соотношения, считалось, что вся вычисленная масса приходится на светящуюся звезду. Но многие звезды, которые использовались для этого, сами находились на периферии галактик, окруженные большим количеством темной материи. Это значит, что рассчитанная масса звезды определенной светимости на деле куда меньше: большая ее доля приходится на темную материю. По оценке Гебхардта и Томаса, в результате ошибка в оценке соотношения светимости и массы может достигать 50%.
Ученые заново пересчитали это соотношение и, считая, что оно не меняется в зависимости от того, в центре ли, или на периферии находится звезда, показали, что в действительности на долю звезд в центральном скоплении приходится куда меньшая часть массы, чем считалась. Следовательно, больше остается на долю самой черной дыры. В результате астрономы показали, что СЧД в центре галактики М87 весит, ни много ни мало, аж 6,4 миллиардов солнц — как раз вдвое больше, чем считалось. А это — примерно 12 729 088 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 кг. По словам Карла Гебхардта, наблюдения, проведенные мощным телескопом Gemini North, подтвердили эти теоретические выкладки.
По сообщению Science News