Alates Amburi A * avastamisest meie galaktika keskpunktis on astronoomid mõistnud, et enamiku massiivsete galaktikate keskmes on supermassiivne must auk (SMBH). Selle tõenduseks on nende galaktikate tuumades, mida tuntakse aktiivsete galaktiliste tuumadena (AGN), tekitatud võimsad elektromagnetilised emissioonid, mida arvatakse põhjustavat SMBH-le kogunev gaas ja tolm.
Astronoomid on aastakümneid uurinud AGN-idelt tulevat valgust, et teha kindlaks, kui suured ja massiivsed on nende mustad augud. See on olnud keeruline, kuna sellele valgusele avaldub Doppleri efekt, mis põhjustab spektrijoonte laienemist. Kuid tänu Hiina ja USA teadlaste välja töötatud uuele mudelile võivad astronoomid olla võimelised neid lairibapiirkondi (BLR) uurima ja mustade aukude massi kohta täpsemaid hinnanguid andma.
Hiljuti ilmus teadusajakirjas uuring „Aktiivsetes galaktilistes tuumades laialdaste emissiooniliinide päritolu tõttu tõusnud loodete tagajärjel tekkinud tolmukogumid“ Loodus. Uuringut juhtis Wyomingi ülikooli ja Nanjingi ülikooli abiga Hiina teaduste akadeemia kõrge energiafüüsika instituudi (IHEP) teadur Jian-Min Wang.
Selle lagundamiseks on teada, et SMBH-del on gaase ja tolmu ümbritsev torus. Musta augu gravitatsioon kiirendab selles torus gaasi kiiruseks tuhandeid kilomeetreid sekundis, mis põhjustab selle soojenemist ja kiirguse eraldumist erinevatel lainepikkustel. See energia edestas lõpuks kogu ümbritseva galaktika, mis võimaldab astronoomidel tuvastada SMBH olemasolu.
Nagu füüsika ja astronoomia osakonna UW professor ja uuringu kaasautor Michael Brotherton UW pressiteates selgitas:
"Inimesed arvavad:" See on must auk. Miks see nii hele on? ”Must auk on endiselt tume. Kettad saavutavad nii kõrge temperatuuri, et need kiirgavad kogu elektromagnetilist spektrit, mille hulka kuuluvad gammakiirgus, röntgenikiirgus, UV, infrapuna ja raadiolained. Must auk ja seda ümbritsev akrediteeriv gaas, millest must auk toitub, on kütus, mis lülitab sisse kvaasari. ”
Nende heledate piirkondade vaatlemise probleem tuleneb asjaolust, et neis olevad gaasid liiguvad nii kiiresti eri suundades. Kui eemalduv gaas (meie suhtes) nihkub spektri punase otsa poole, siis meie poole liikuv gaas nihkub sinise otsa poole. See viib lairiba piirkonnani, kus kiirgava valguse spekter muutub pigem spiraaliks, muutes täpsed näidud raskesti saavutatavaks.
Praegu tugineb SMBH-de massi mõõtmine aktiivsetes galaktilistes tuumades “järelkaja kaardistamise tehnikale”. Lühidalt tähendab see arvutimudelite kasutamist BLR-i sümmeetriliste spektraaljoonte uurimiseks ja nendevaheliste viivituste mõõtmiseks. Arvatakse, et need jooned tekivad gaasist, mida on SMBH gravitatsioonijõu abil fotoioniseeritud.
Kuna laiadest emissiooniliinidest ja BLR-ide erinevatest komponentidest on vähe aru, põhjustab see meetod teatavat määramatust vahemikus 200–300%. "Püüame leida täpsemaid küsimusi spektriliste lairibapiirkondade kohta, mis aitavad meil diagnoosida musta augu massi," ütles Brotherton. "Inimesed ei tea, kust need laiad heitmejoonte piirkonnad pärinevad ega selle gaasi olemust."
Seevastu dr Wangi juhitud meeskond võttis vastu uut tüüpi arvutimudeli, mis käsitles SMBH-d ümbritseva gaasi toruse dünaamikat. Nad arvavad, et see torus koosneks diskreetsetest ainejääkidest, mida must auk tõmbamisel tõrjub, mille tagajärjel voolab sinna osa gaasi (teise nimega akrediteeriv) ja mõni väljub väljavooluna.
Sellest järeldasid nad, et BLR-i emissiooniliinidel on kolm tunnust - „asümmeetria”, „kuju” ja „nihe”. Pärast erinevate emissiooniliinide uurimist - nii sümmeetrilisi kui ka asümmeetrilisi - leidsid nad, et need kolm karakteristikut sõltusid tugevalt sellest, kui heledad olid gaasitrumlid, mida nad tõlgendasid nende liikumise nurga tagajärjel torus. Või nagu dr Brotherton ütles:
„Meie ettepanek on, et need tolmused tükid liiguvad. Mõni paugutab üksteist ja sulandub ning muudab kiirust. Võib-olla kolivad nad kvaasari, kus elab must auk. Mõned tükid keerlevad laiaulatuslikust piirkonnast. Mõni visatakse välja. ”
Lõppkokkuvõttes viitab nende uus mudel, et BLR-gaasi allikaks võivad olla loodete poolt häiritud mustuse augu toorikust põhjustatud klombid. Võrreldes varasemate mudelitega loob dr Wang ja tema kolleegid välja töötatud seose SMBH läheduses asuvate erinevate võtmeprotsesside ja komponentide vahel. Nende hulka kuulub musta augu söötmine, fotoioniseeritud gaasi allikas ja tolmune torus ise.
Kuigi see uurimistöö ei lahenda kõiki AGN-sid ümbritsevaid saladusi, on see oluline samm SMBH-de täpsete massihinnangu saamiseks nende spektraaljoonte põhjal. Nendest võiksid astronoomid olla võimelised täpsemalt kindlaks tegema, millist rolli need mustad augud suure galaktikate evolutsioonis mängisid.
Uuring sai võimalikuks tänu teaduse ja tehnoloogia teadusuuringute ja arendustegevuse riikliku võtmeprogrammi ja eesliiniteaduse võtmeuuringute võtmeprogrammi, mida haldab Hiina Teaduste Akadeemia, toetusele.
