Looduse kõige intrigeerivamad ja aukartust äratavamad jõud on mustad augud. Need on ka üks müstilisemaid, kuna tavapärase füüsika reeglid nende juuresolekul lagunevad. Hoolimata aastakümnete pikkustest uurimistöödest ja tähelepanekutest, on nende kohta veel palju. Tegelikult polnud astronoomid alles hiljuti näinud musta augu kujutist ega suutnud oma massi juhtida.
Moskva füüsika- ja tehnoloogiainstituudi (MIPT) füüsikute meeskond teatas aga hiljuti, et nad on välja töötanud viisi musta augu massi kaudseks mõõtmiseks, kinnitades samal ajal ka selle olemasolu. Hiljutises uuringus näitasid nad, kuidas nad testisid seda meetodit hiljuti kujutise saanud supermassiivsel mustal augul Messier 87 aktiivse galaktika keskpunktis.
Uuring ilmus ajakirja augustinumbris Kuningliku Astronoomiaühingu igakuised teated. Lisaks MIPTi teadlastele kuulusid meeskonda liikmed Madalmaades asuvast VLBI ERIC-i ühisinstituudist (JIVE), Taiwanis asuvast Academia Sinica astronoomia ja astrofüüsika instituudist ning NOAJi Mizusawa VLBI vaatluskeskusest Jaapanis.
Astronoomid on aastakümneid teadnud, et enamiku massiivsete galaktikate keskmes on supermassiivne must auk (SMBH). Selle SMBH olemasolu põhjustab tuumas märkimisväärset aktiivsust, kus gaas ja tolm kukuvad akretsiooniketasse ja kiirenevad kiiruseni, mis põhjustab neil valguse eraldamist, aga ka raadio, mikrolaine, röntgen ja gamma- kiirguskiirgus.
Mõne galaktika puhul on tuuma piirkonna tekitatud kiirgus nii ere, et see ületab tegelikult kõigi kettal asuvate tähtedelt tuleva valguse. Neid nimetatakse aktiivsete galaktiliste tuumade (AGN) galaktikateks, kuna neil on aktiivsed tuumad ja teised galaktikad on suhteliselt “vaiksed”. Veel üks märguandeidentifikaator, et galaktika on aktiivne, on ülekuumenenud mateeria pikad talad, mis ulatuvad välja.
Neid "relativistlikke reaktiivlennukid", mis võivad ulatuda miljonite valgusaastate võrra väljapoole, on nn, kuna neis olev materjal kiireneb murdosa valguse kiirusest. Ehkki neid düüse pole veel täielikult mõistetud, on praegune üksmeel selles, et neid tekitab kiiresti pöörlev SMBH põhjustatud teatud "mootoriefekt".
Heaks näiteks relativistliku joaga aktiivse galaktika kohta on Messier 87 (aka Virgo A), supergnaalne galaktika, mis asub Neitsi tähtkuju suunas. See galaktika on Maale lähim aktiivne galaktika ja seetõttu üks paremini uuritud. Algselt avastas selle 1781. aastal Charles Messier (kes pani selle valesti udukogule), kuid seda on sellest ajast alates regulaarselt uuritud. 1918. aastaks sai selle optiline reaktiivlennuk esimeseks omataoliseks.
Tänu lähedusele on astronoomid saanud Messier 87 reaktiivlennukit põhjalikult uurida - kaardistada selle struktuuri ja plasmakiirust ning mõõta temperatuuri ja osakeste tihedust joa voolu lähedal. Lennuki piire on põhjalikult uuritud, nii et teadlased avastasid, et see oli kogu pikkuses homogeenne ja muutis kuju, mida kaugemale see ulatus (minnes paraboolsest koonilisse).
Kõik need tähelepanekud on võimaldanud astronoomidel katsetada hüpoteese, mis käsitlevad aktiivsete galaktikate struktuuri ning reaktiivlennuki kuju muutuste ja galaktika tuumas oleva musta augu mõju vahelist seost. Sel juhul kasutas rahvusvaheline uurimisrühm seda suhet ära ja määras M87s SMBH massi.
Samuti toetas meeskond teoreetilisi mudeleid, mis ennustavad reaktiivmootori purunemist, mis võimaldas neil luua mudeli, kus SMBH mass reprodutseeriks täpselt M87 reaktiivmootori täheldatud kuju. Mõõtes reaktiivlennuki laiust ning südamiku ja selle kuju purunemise vahelist kaugust, leidsid nad ka, et M87 reaktiivjoone piir koosneb kahest segmendist, millel on kaks eristatavat kõverat.
Lõpuks võimaldas teoreetiliste mudelite, vaatluste ja arvutiarvestuste kombinatsioon meeskonnal saada kaudne mõõtmine musta augu massi ja pöörlemiskiiruse kohta. See uuring pakub mitte ainult musta mudeli hindamiseks mustade aukude hindamiseks ja uute mõõtevahendite kasutamist düüside jaoks, vaid kinnitab ka hüpoteese, mis on düüside struktuuri aluseks
Põhimõtteliselt kirjeldavad meeskonna tulemused reaktiivjoa magnetilise vedeliku vooluna, mille kuju määrab selles sisalduv elektromagnetiline väli. See on omakorda sõltuvad asjad, näiteks joaosakeste kiirus ja laadimine, joa sees olev elektrivool ja kiirus, millega SMBH akumuleerib oma ümbritsevat ketast.
Kõigi nende tegurite koosmõju põhjustab reaktiivjoa kuju täheldatud purunemise, mida saab seejärel kasutada SMBH-de massi ekstrapoleerimiseks ja kui kiiresti see keerleb. Uurimisse kaasatud MIPT labori juhataja asetäitja ja meeskonna paberkandjal juhtiv autor Elena Nokhrina kirjeldab meetodit, mille nad välja töötasid järgmiselt:
„Uus sõltumatu meetod musta augu massi ja keerutuse hindamiseks on meie töö peamine tulemus. Ehkki selle täpsus on võrreldav olemasolevate meetodite täpsusega, on sellel eelis selle poolest, et see lähendab meid lõpp-eesmärgile. Nimelt tuummootori parameetrite täpsustamine selle olemuse sügavamaks mõistmiseks. ”
Tänu keerukate mõõteriistade (nt Event Horizon Telescope) ja järgmise põlvkonna kosmoseteleskoopide, mis varsti tööle hakkavad, olemasolule ei ole kaua aega, kuni seda uut mudelit põhjalikult testitakse. Hea kandidaat oleks Ambur A *, meie galaktika keskmes asuv SMBH, mille hinnanguline suurusjärk on 3,5 miljonit 4,7 miljonit päikeseenergiat.
Lisaks sellele, et sellele massile täpsemaid piiranguid seatakse, võiksid tulevased vaatlused määrata ka selle, kui aktiivne (või passiivne) meie galaktika tuum on. Need ja muud musta augu saladused ootavad!
