Astronomit ovat uuden tietokonemallin avulla todenneet, että M87-galaksin keskellä oleva musta aukko on vähintään kaksi kertaa niin suuri kuin aiemmin ajateltiin. Painotettua 6,4 miljardia kertaa Auringon massa, se on vielä massiivisin musta aukko, joka on mitattu, ja tämä uusi malli viittaa siihen, että muissa läheisissä suurissa galakseissa hyväksytyt mustien aukkojen massat voivat poistua saman verran. Tällä on vaikutuksia teorioihin siitä, kuinka galaksit muodostuvat ja kasvavat, ja saattaa jopa ratkaista pitkäaikaisen tähtitieteellisen paradoksin.
Tähtitieteilijät Karl Gebhardt Texasin yliopistosta Austinista ja Jens Thomas Max Planckin maapallon ulkopuolisen fysiikan instituutista kertoivat havainnoistaan maanantaina Yhdysvaltain tähtitieteellisen seuran konferenssissa Pasadena, Kalifornia.
Yrittääksesi ymmärtää kuinka galaksit muodostuvat ja kasvavat, tähtitieteilijät aloittavat perustietoa galakseista nykyään, esimerkiksi mistä ne on tehty, kuinka suuret ne ovat ja kuinka paljon ne painavat. Astronomit mittaavat tämän viimeisen luokan, galaksimassan, havaitsemalla galaksissa kiertävien tähtien nopeuden.
Kokonaismassatutkimukset ovat tärkeitä, Thomas sanoi, mutta ”ratkaiseva kohta on selvittää onko massa mustassa aukossa, tähdellä vai tummassa halogeenissa. Sinun on suoritettava hienostunut malli voidaksesi selvittää mikä on mikä. Mitä enemmän komponentteja sinulla on, sitä monimutkaisempi malli on. "
M87: n mallinnukseen Gebhardt ja Thomas käyttivät yhtä maailman tehokkaimmista supertietokoneista, Lonestar-järjestelmää Teksasin yliopistossa Austinin Texas Advanced Computing Centerissä. Lonestar on Dell Linux-klusteri, jossa on 5 840 käsittelyydintä ja joka voi suorittaa 62 biljoonaa liukulukulaskutoimitusta sekunnissa. (Nykypäivän huippuluokan kannettavassa tietokoneessa on kaksi ydintä ja se voi suorittaa jopa 10 miljardia liukulukulaskutoimitusta sekunnissa.)
Gebhardtin ja Jensin M87-malli oli monimutkaisempi kuin aikaisemmat galaksin mallit, koska sen tähtijen ja mustan aukon mallinnuksen lisäksi se ottaa huomioon myös galaksin ”tumman halo”, galaksia ympäröivän pallomaisen alueen, joka ulottuu sen pääosan ulkopuolelle näkyvä rakenne, joka sisältää galaksin salaperäisen ”tumman aineen”.
"Aikaisemmin olemme aina pitäneet tummaa haloa merkityksellisenä, mutta meillä ei ollut laskentaresursseja tutkia sitä myös", Gebhardt sanoi. ”Pystyimme aiemmin käyttämään vain tähtiä ja mustia reikiä. Heitä pimeässä halo, siitä tulee liian laskennallisesti kallis, sinun on mentävä supertietokoneisiin. ”
Lonestar-tulos oli massa M87: n mustalle aukolle useita kertoja, mitä aiemmat mallit ovat löytäneet. "Emme odottaneet sitä ollenkaan", Gebhardt sanoi. Hän ja Jens halusivat vain testata mallinsa "tärkeimmällä galaksilla", hän sanoi.
Äärimmäisen massiivinen ja kätevästi lähellä sijaitseva (tähtitieteellisesti) M87 oli yksi ensimmäisistä galakseista, joita ehdotettiin pitävän mustan aukon satamassa melkein kolme vuosikymmentä sitten. Siinä on myös aktiivinen suihkumassa, joka valaisee galaksin ytimen, kun aine pyörii lähemmäksi mustaa reikää, jolloin tähtitieteilijät voivat tutkia prosessia, jolla mustat aukot houkuttelevat ainetta. Kaikki nämä tekijät tekevät M87: stä “ankkurin supermassiivisille mustan aukon tutkimuksille”, Gebhardt sanoi.
Nämä uudet M87-tulokset, samoin kuin muiden viimeaikaisten tutkimusten ja hänen viimeisimpien kaukoputken havaintojen (valmisteilla olevat julkaisut) johdattaa häntä epäilemään, että massiivisimmissa galakseissa kaikki mustien reikien massat ovat aliarvioitu.
Tämä johtopäätös "on tärkeä sille, kuinka mustat aukot liittyvät galakseihin", Thomas sanoi. "Jos muutat mustan aukon massaa, muutat kuinka musta reikä liittyy galaksiin." Galaksin ja sen mustan aukon välillä on tiukka suhde, joka oli antanut tutkijoille mahdollisuuden koettaa fysiikkaa siitä, kuinka galaksit kasvavat kosmisen ajan kuluessa. Mustien reikien massojen lisääminen massiivisimmissa galakseissa aiheuttaa tämän suhteen uudelleenarvioinnin.
Lähempien galaksien mustien reikien korkeammat massat voisivat myös ratkaista kvasaarien massoja koskevan paradoksin - aktiivisten mustien reikien äärimmäisen kaukaisten galaksien keskuksissa nähden paljon aikaisemmassa kosmisessa aikakaudella. Kvavaarit loistavat kirkkaasti materiaalin kiertyessä sisään ja lähettävät runsaasti säteilyä ennen tapahtumahorisontin ylittämistä (alue, jonka ulkopuolelle mikään - ei edes valo - ei pääse).
"Siinä on pitkäaikainen ongelma, että kvaasaristen mustien reikien massat olivat erittäin suuria - 10 miljardia aurinkoista massaa", Gebhardt sanoi. "Mutta paikallisissa galakseissa emme koskaan nähneet mustia reikiä, jotka olisivat niin massiivisia, ei läheskään. Ennen epäiltiin kvaasarimassojen olevan väärässä ”, hän sanoi. Mutta "jos lisäämme M87: n massaa kaksi tai kolme kertaa, ongelma melkein katoaa".
Päivän päätelmät ovat mallipohjaisia, mutta Gebhardt on myös tehnyt uusia teleskooppimittauksia M87: stä ja muista galakseista käyttämällä uusia voimakkaita instrumentteja Gemini-pohjoisen kaukoputkella ja Euroopan eteläisen observatorion erittäin suurella teleskoopilla. Hän sanoi, että nämä tiedot, jotka lähetetään pian julkaistavaksi, tukevat nykyisiä mallipohjaisia päätelmiä mustan aukon massasta.
Gebhardt huomauttaa tulevaisuuden galaktisten tummien halogeenien kaukoputken havainnointiin, että suhteellisen uusi instrumentti Texasin yliopistossa Austinin McDonaldin observatoriossa on täydellinen. "Jos sinun on tutkittava halo, jotta saadaan mustan reiän massa, ei ole parempaa instrumenttia kuin VIRUS-P", hän sanoi. Instrumentti on spektrografia. Se erottaa valon tähtitieteellisistä esineistä komponentin aallonpituuksiksi luomalla allekirjoituksen, joka voidaan lukea, jotta saadaan selville kohteen etäisyys, nopeus, liike, lämpötila ja muut.
VIRUS-P on hyvä halo-tutkimuksille, koska se voi ottaa spektrit erittäin suurelta taivaan alueelta, jolloin tähtitieteilijät voivat saavuttaa erittäin heikon valotason suurilla etäisyyksillä galaksikeskuksesta, jossa tumma halo on hallitseva. Se on prototyyppi, joka on rakennettu testaamaan tekniikkaa, joka menee suurempaan VIRUS-spektrografiin tulevaa Hobby-Eberly-teleskoopin tumman energian kokeilua (HETDEX) varten.
Lähteet: AAS, McDonald Observatory
