Взвешена черная дыра в центре далекой галактики

По мнению современных астрономов, сверхмассивные черные дыры (ЧД) скрываются в центре практически каждой крупной галактики. Эти космические гиганты могут быть в миллионы и миллиарды раз более массивными, чем наше Солнце. Но определить их массу хотя бы приблизительно раннее было достаточно сложной задачей, особенно в случае спиральных звездных систем.

Галактика NGC 1097, сфотографированная в видимом диапазоне телескопом VLT ESO

В ходе очередного эксперимента с использованием Большого миллиметрового/субмиллиметрового массива радиотелескопов ALMA в пустыне Атакама (Чили)1 ученые «взвесили» черную дыру в центре NGC 1097 — спиральной галактики с перемычкой в ядре, расположенной примерно в 45 млн световых лет от нас в направлении созвездия Печи. Исследуемый объект оказался в 140 млн раз тяжелее Солнца. Для сравнения: черная дыра в центре нашего Млечного Пути имеет массу порядка 4,3 млн солнечных.

Для получения такого примечательного результата команда специалистов во главе с Киоко Ониши из японского Университета перспективных исследований спектральными методами очень точно измерила пространственное распределение и направление движения трехатомных молекул двух типов — синильной кислоты HCN и положительного иона формила НСО+ — вблизи центральной области галактики. Затем ученые сравнили результаты своих наблюдений с различными математическими моделями движения газа в галактике, каждая из которых соответствует различной сверхмассивной ЧД. Оказалось, что лучше всего эти результаты согласуются с моделью, включающей черную дыру массой в 140 млн солнечных. Интересно, что для получения данных нужного качества массиву ALMA хватило всего лишь 105 минут работы, что лишний раз свидетельствует об очень высокой чувствительности этого инструмента.

Комбинированное изображение центральной части спиральной галактики NGC 1097. На снимок в оптическом диапазоне, сделанный космическим телескопом Hubble, наложены радиоастрономические данные об излучении синильной кислоты (показано красным цветом) и формила (зеленый и оранжевый), полученные массивом радиотелескопов ALMA.

Подобная методика использовалась ранее массивом телескопов миллиметрового диапазона CARMA для измерения массы черной дыры в центре галактики NGC 4526. Однако она относится к типу линзовидных, тогда как NGC 1097 — вполне типичная спиральная система с центральной перемычкой. При этом последние результаты разных наблюдений указывают на то, что взаимосвязь между массой сверхмассивной ЧД и «приютившей» ее галактики зависит от типа самой галактики. А это делает подобные измерения масс сверхплотных объектов очень важными, так как они позволяют лучше понять характер такой зависимости.

В настоящее время астрономы используют несколько методов для «взвешивания» сверхмассивных ЧД. Выбор метода, как правило, зависит от типа наблюдаемой галактики.

При исследованиях центра Млечного Пути мощности современных оптических и инфракрасных телескопов, как правило, достаточно, чтобы напрямую измерять направления и скорости движения звезд вокруг галактического ядра, по которым далее вычисляется его масса. Этот метод, однако, не подходит для далеких галактик, поскольку требует чрезвычайно высокого углового разрешения. Второй, менее распространенный, метод заключается в изучении движения мегамазеров — молекулярных облаков, иногда находящихся рядом с центрами активных галактик и испускающих мощные потоки радиоволн.

Отслеживание динамики ионизированного газа в центральном сгущении (балдже) оказывается наиболее эффективным для эллиптических звездных систем. Таким образом, если речь идет об измерении массы сверхмассивных ЧД в спиральных галактиках, вариантов остается не так уж много. Именно поэтому недавний результат, полученный новым методом с помощью радиотелескопов ALMA, открывает астрономам дополнительные возможности для изучения этого весьма распространенного типа «звездных островов».