Тщательные наблюдения квазара 3C 273 с помощью инструмента GRAVITY Большого телескопа Very Large Telescope (VLT) Южной Европейской обсерватории ESO впервые позволили показать структуру кружащего вихрем вокруг сверхмассивной черной дыры газа. И при этом астрономам удалось измерить массу этой черной дыры с невероятной до сих пор точностью.
Более 50 лет назад астроном Маартен Шмидт выявил первый «звездоподобный объект» или квазар, получивший название 3С 273 - чрезвычайно яркой, но чрезвычайно удаленное небесное тело. Энергия, которая отдается таким квазаром, намного больше, чем энергия, отдаваемая нормальной галактикой, как, например, Млечный путь, и она не может создаваться вследствие регулярного процесса синтеза в звездах. Вместо этого астрономы предполагают, что гравитационная энергия здесь превращается в тепло, когда материя заглатывается особо массивной черной дырой.
Оптическое изображение квазара 3С 273, снятое космическим телескопом Hubble. Квазар находится в центре гигантской эллиптической галактики в созвездии Девы на расстоянии от Земли в 2,5 миллиарда световых лет. И это был первый квазар, который вообще был идентифицирован, как таковой. © ESA / Hubble & NASA
Международная команда астрономов с помощью инструмента GRAVITY сумела заглянуть глубоко «в сердце» квазара, благодаря чему смогла напрямую наблюдать структуру быстро движущегося газа вокруг его центральной черной дыры. Раньше такие наблюдения не были возможны из-за небольшого углового размера этой внутренней области, так как она имеет лишь размеры примерно равные нашей Солнечной системе, но при этом отстоят от нас на гигантское расстояние около 2,5 миллиарда световых лет.
Инструмент GRAVITY обеспечивает комбинацию всех четырех телескопов Большого телескопа VLT Южной Европейской обсерватории ESO благодаря технике, которая называется интерферометрия. Она обеспечивает намного лучшее угловое разрешение, которое соответствует угловому разрешению условного телескопа диаметром 130 метров. Благодаря этому, астрономы могут различать структуры всего в десять микродуговых секунд - на расстоянии, на котором находится квазар это примерно 0,1 светового года (примерно соответствует размеру монеты в 1 советский рубль на Луне).
«С помощью GRAVITY мы смогли впервые «проникнуть» в так называемый «Broad Line Region» (область широкой линии) и наблюдать там движения отдельных газовых облаков вокруг центральной черной дыры», - объясняет Экхард Штурм из Института внеземной физики имени Макса Планка (MPE). - «И наши наблюдения показывают, что эти газовые облака действительно вихрем вращаются вокруг этой черной дыры».
Широкие эмиссионный линии атомов - это характерный признак квазаров и однозначное подтверждение внегалактического происхождения излучения. Но размеры относящейся сюда области до сих пор можно было определять только с помощью метода так называемого Reverberation Mapping (в переводе - «эхо-картирование). Колебания яркости в центре квазара вызывают световое эхо, когда излучение на своем пути попадает в материю, и чем больше система, тем сильнее эхо. При удачных обстоятельствах вышеуказанным методом удаётся определять движение газа, что свидетельствует о вращающемся диске. Этот результат, полученный из информации о времени действия, теперь можно проверить с помощью наблюдений с пространственным разрешением с помощью GRAVITY.
«Наши результаты подтверждают основополагающие предположения, полученные методом эхо-картирования», - говорит Джейсон Декстер из MPE. И дополняет: «Информация о движении и размерах области непосредственно вокруг черной дыры является решающей для определения ее массы». Этот метод был впервые экспериментально успешно проверен на практике, подтвердив предыдущие оценки массы черной дыры примерно в 300 миллионов солнечных масс.
Таким образом, GRAVITY не только подтверждает правильность данных ранее использованного метода определения массы черных дыр в квазарах, но и обеспечивает новый и очень точный независимый метод измерения этих масс. А это, считают ученые, обеспечит надежный уровень измерения масс черных дыр в тысячах квазаров.
Квазары играют важную роль в истории вселенной, так как их развитие тесно связано с ростом галактик. Астрономы же исходят из того, что у всех больших галактик в центре имеется сверхмассивная черная дыра; но до сих пор им удалось в достаточной степени изучить черную дыру лишь в нашей собственно галактике - Млечном пути.
«Это первый раз, когда нам удалось с достаточным пространственным разрешением изучить непосредственное окружение гигантской черной дыры за пределами нашей галактики»,-подчеркивает Райнхард Генцель, руководитель группы инфракрасных исследований MPE. - «Черные дыры - это чрезвычайно привлекательные объекты, которые дают нам возможность изучать физику при экстремальных обстоятельствах, а с помощью GRAVITY мы получили возможность изучать не только близкие, но и очень далекие подобные объекты».
