Наблюдения за галактиками в ближайшей к нам Вселенной показывают, что между свойствами галактик и сверхмассивных черных дыр есть тесная связь. То есть галактики и черные дыры эволюционируют совместно. Черная дыра поглощает вещество, вызывая его отток из центра галактики. Для более глубокого исследования этих взаимосвязей ученые пытаются получать данные от систем, свет от которых идет до нас 8–12 миллиардов лет. Это время называют эпохой пика звездообразования.
Группа астрофизиков из Европейской южной обсерватории опубликовала в Nature результаты измерения массы сверхмассивной черной дыры в ярком квазаре SDSS J092034.17+065718.0 (или J0920). Согласно расчетам, черная дыра в J0920 имеет массу 3,2×108 масс Солнца. При этом звездная масса родительской галактики составляет 6×1011 масс Солнца. То есть она могла расти быстрее, чем черная дыра, что указывает на задержку между образованием галактики и черной дыры..
Редакция «За науку» попросила Елену Нохрину, руководителя лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ, прокомментировать это исследование:
Статья посвящена оценке массы сверхмассивной черной дыры (СМЧД) в активной галактике J092034.17+065718.0 — одном из самых ярких квазаров среди расположенных на красном смещения примерно 2, что соответствует времени 11 миллиардов лет назад.
Какая задача решается:
Проблема оценки массы сверхмассивных черных дыр в астрофизике стоит довольно остро, так как именно масса задает важный масштаб длины — гравитационный радиус. Для ближайших галактик можно надежно оценивать массу непосредственно по движению звезд, звездных скоплений или газовых облаков. Для этих населений галактики проводятся измерения скоростей и расстояний от центральной черной дыры, что и позволяет определить массу ЧД. Но в случае с более далекими источниками разрешения современных инструментов недостаточно для таких прямых измерений.
Есть надежный, но трудоемкий метод оценки масс более удаленных сверхмассивных черных дыр — метод реверберационного картографирования. Дело в том, что в окрестности черных дыр есть область, занятая облаками, в которых формируются широкие линии — область широких линий (ОШЛ, broad line region — BLR). Спектроскопия позволяет определить скорости этих облаков. Расстояние до них оценивается по запаздыванию вспышки в линиях облаков по сравнению со вспышкой в диске, поэтому метод применим только к высокопеременным источникам с непрерывными наблюдениями в течение некоторого периода времени.
Так как оценка расстояния по вспышкам не всегда возможна, то была найдена эмпирическая корреляция между светимостью в линиях и расстоянием до облаков, излучающих линии. Этот метод часто используется при оценке масс сверхмассивных черных дыр, но он менее точен и надежен.
Новое в работе:
В данной работе авторы оценили массу сверхмассивной черной дыры по результатам измерений с высочайшим разрешением на инструменте GRAVITY+. Авторы статьи проводят точные измерения ширины линий для оценки скоростей. Для определения расстояния до облаков, излучающих линии, они используют беспрецедентное разрешение инструмента по пространственной локализации пиков излучения областей с синим (движение на наблюдателя) и красным (от нас) сдвигами линий. Еще более точные оценки на расстояние источников линий от центральной черной дыры они получают моделированием спектра от движущихся облаков. Таким образом, авторы получили значение массы СМЧД в изучаемом квазаре. Надо отметить, что эта оценка массы значимо ниже оценок, полученных раньше менее точным методом (по эмпирической корреляции между светимостью в линиях и расстоянием до облаков, излучающих линии).
Эта работа важна и интересна по нескольким причинам. Во-первых, это отработка нового метода оценки масс сверхмассивных черных дыр — такой инструмент будет очень полезен и востребован в астрофизике. Во-вторых, интересна сама оценка массы черной дыры в далеком квазаре, так как она позволяет судить о том, насколько подходы, разработанные для ближайших активных галактик, применимы к более далеким и древним источникам. Например, есть ли систематическая эволюция свойств этих объектов со временем. Кроме того, авторы получили некоторое запаздывание в росте массы черной дыры по сравнению с массой галактики, что полезно для понимания сценариев совместной эволюции системы «сверхмассивная черная дыра — галактика».
