Наука 8 сентября 2023

Размер аккреционного диска черной дыры впервые измерили: это произошло случайно

Исследователи случайно наткнулись на способ измерения размеров аккреционных дисков пыли, газа и плазмы, окружающих черные дыры.

Читайте «Хайтек» в

Впервые ученые смогли определить размеры массивного аккреционного диска в галактике III Zw 002, которая находится на расстоянии около 22 млн световых лет от Земли. Радиус аккреционного диска вокруг III Zw 002 составляет около 52,4 световых дня, что в 9 000 раз превышает расстояние от Земли до Солнца. Исследование проводили в ближнем инфракрасном диапазоне. Это помогло определить радиус диска, который окружает сверхмассивную черную дыру (СМЧД) с массой, которая в сотни миллионов раз превышает солнечную.

Обычно материал, окружающий черную дыру, сложно наблюдать в телескопы, так как он находится на достаточно большом расстоянии и не виден в деталях, несмотря на яркое свечение и размеры аккреционных дисков. Вместо прямого наблюдения материала, ученые проанализировали свет, который приходит к нам от галактики с черной дырой, на предмет специфических признаков, указывающих на присутствие аккреционного диска.

На этой диаграмме показано, как аккреционный диск черной дыры создает стандартный двойной инфракрасный пик. Изображение предоставлено: NOIRLab/NSF/AURA/П. Маренфельд

Один из таких признаков — двойной пик в спектре излучения. Он возникает из-за вращения аккреционного диска. Когда возбужденный атом теряет энергию, он испускает излучение, частота которого зависит от типа атома. Каждый элемент аккреционного диска создает два пика в спектре излучения.

Авторы нового исследования смогли обнаружить два двойных пика, и они оба происходят в области широких линий аккреционного диска, намного дальше от черной дыры. Это первое обнаружение двойных пиков в этой области и первое использование ближнего инфракрасного диапазона для таких наблюдений.

Примечательно, что когда исследователи сделали открытие, они не искали вторую двойную полосу вокруг III Zw 002. Вместо этого команда собирала данные, чтобы подтвердить наличие аккреционного диска, который впервые обнаружили в 2003 году.

Для получения новых данных исследователи использовали спектрограф ближнего инфракрасного диапазона Gemini (GNIRS) телескопа Gemini North на Гавайях. GNIRS измеряет немного более широкий диапазон длин волн, чем обычный инфракрасный свет, и может одновременно обнаруживать излучения на разных длинах волн, что позволило команде обнаружить второй двойной пик.

Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.