Измерение яркости небесного объекта — сложная задача, особенно когда речь идет о черных дырах, которые не излучают свет. Однако сверхмассивные черные дыры, находящиеся в центре большинства галактик, дают лазейку ученым. Дело в том, что они притягивают к себе огромное количество материи, образуя горячие диски, которые могут давать яркое излучение. Измерение светимости такого диска позволило бы астрономам определить расстояние до черной дыры и галактики, в которой она находится. Такие данные помогают ученым не только создать более качественную трехмерную карту Вселенной, но и могут предоставить информацию о том, как и когда сформировались космические объекты. В новом исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal, астрономы использовали метод эхокартирования для измерения светимости дисков черных дыр в более чем 500 галактиках. Результаты подтверждают идею о том, что такой подход может использоваться для измерения расстояний между Землей и далекими галактиками.
Процесс отображения эха, также известный как отображение реверберации, начинается, когда диск горячей плазмы (атомы, потерявшие электроны) рядом с черной дырой становится ярче, иногда даже испуская короткие вспышки видимого света (то есть длины волн, которые можно увидеть человеческим глазом). Этот свет уходит от диска и в конечном итоге попадает в общую черту большинства сверхмассивных систем черных дыр: огромное облако пыли в форме бублика (также известного как торус). Когда вспышка света от аккреционного диска достигает внутренней стенки пыльного торуса, свет поглощается, в результате чего пыль нагревается и испускает инфракрасный свет. Это просветление торуса — прямой ответ или, можно сказать, «эхо» изменений, происходящих в диске.
Расстояние от аккреционного диска до внутренней части пылевого торуса может быть огромным — миллиарды или триллионы километров. Даже свет, движущийся со скоростью 300 000 км в секунду, может пройти это расстояние за месяцы или годы. Если астрономы могут наблюдать как начальную вспышку видимого света в аккреционном диске, так и последующее инфракрасное повышение яркости торуса, они также могут измерить время, которое потребовалось свету, чтобы пройти между этими двумя структурами. Поскольку свет распространяется со стандартной скоростью, эта информация дает астрономам представление о расстоянии между диском и торусом.
Затем ученые могут использовать измерение расстояния для расчета светимости диска и теоретически его расстояния от Земли. Каким образом? Дело в том, что температура в той части диска, которая ближе всего к черной дыре, может достигать десятков тысяч градусов. Она настолько высока, что даже атомы разрываются на части, а частицы пыли в состоянии образовываться. По мере удаления от черной дыры температура диска постепенно понижается.
Астрономы знают, что пыль образуется, когда температура опускается примерно до 1 200 градусов по Цельсию. Таким образом, чем больше энергии излучает диск, тем дальше от него образуется пыль. В итоге измерение расстояния между аккреционным диском и торусом дает представление о выходной энергии диска, которая прямо пропорциональна его светимости.
Идея использовать эхокартографию для измерения расстояния от Земли до далеких галактик не нова, но новый эксперимент ученых показывает значительные успехи в демонстрации ее возможностей. Это крупнейшее исследование в своем роде подтверждает, что подобное измерение одинаково действует во всех галактиках, независимо от таких переменных, как размер черной дыры.
Однако из-за множества факторов авторам не хватает точности измерения расстояния. В частности, по словам ученых, им нужно больше узнать о структуре внутренних областей пылевого торуса, окружающего черную дыру. Эта структура может влиять на то, какие именно длины волн инфракрасного света излучает пыль, когда свет впервые достигает ее.
Читать также
Создать термоядерный реактор на Земле реально. Какие будут последствия?
Ледник «Судного дня» оказался опаснее, чем думали ученые. Рассказываем главное
На 3 день болезни большинство больных COVID-19 теряют обоняние и часто страдают насморком