Кожна велика галактика в близькому Всесвіті містить у центрі надмасивну чорну діру. Маса цих чорних дір, здається, пов’язана з масою материнських галактик. Але оцінити маси більш віддалених надмасивних чорних дір складно. Астрономи екстраполюють те, що ми знаємо про сусідні галактики, щоб оцінити маси віддалених чорних дір, але це не зовсім точне вимірювання.
Астрофізик з Колорадського університету в Боулдері Джозеф Саймон (Joseph Simon) нещодавно запропонував, імовірно, кращий спосіб вимірювання маси чорної діри. Його застосування показує, що ранні чорні діри можуть бути набагато більшими, ніж припускають інші передбачення.
«У нас є справді хороші вимірювання мас надмасивних чорних дір для нашої галактики та галактик, що містяться поруч. Ми не маємо таких самих вимірювань для далеких галактик. Нам залишається лише здогадуватися», — сказав Саймон.
Але є способи зробити ці припущення точнішими. Саймон застосував вимірювання, відоме як дисперсія швидкості, — по суті це збір інформації про швидкості усіх зір, які гравітаційно пов’язані на орбітах в межах галактики. Цю інформацію можна отримати через аналіз спектрів галактик.
Науковець виявив, що галактики з високим червоним зміщенням — найдальші та найвіддаленіші в часі — мають у своєму центрі чорні діри набагато більшої маси, ніж раніше вважали астрономи. «Було очікування, що ви побачите ці справді масивні системи лише в близькому Всесвіті. Щоб чорні діри виросли, потрібен час», — зазначив Саймон. Але це може бути не так.
«З різних джерел ми починаємо бачити, що з самого початку у Всесвіті існували досить великі речі», — сказав він. Раніше цього року, наприклад, космічний телескоп Джеймса Вебба виявив шість галактик із високим червоним зміщенням із набагато більшою масою, ніж хтось вважав можливим. Розрахунки Саймона показують, що надмасивні чорні діри також, здається, утворюються раніше і стають більшими.
Робота Саймона є частиною набагато масштабнішого проєкту, який виконує спільнота NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves, Північноамериканська наногерцева обсерваторія гравітаційних хвиль). NANOGrav намагається знайти докази наявності фону гравітаційних хвиль: постійного низькочастотного коливання «тканини» простору-часу Всесвіту. До його складу можуть належати хвилі від зіткнень надмасивних чорних дір, які трапляються під час злиття галактик: ці події надто сильні, але повільні, щоб детектори, як-от LIGO, могли їх спостерігати. Детектори типу LIGO налаштовано на реєстрацію гравітаційних хвиль від швидких енергетичних явищ, як-от зіткнення нейтронних зір.
«Встановлення маси чорних дір має вирішальне значення для деяких із цих фундаментальних питань, таких як фон гравітаційних хвиль, а також те, як ростуть галактики та як еволюціонував Всесвіт», — зазначив Саймон.
Останніми роками NANOGrav досягла певного успіху, спостерігаючи за пульсарами —нейтронними зорями зі швидким обертанням, які регулярно пульсують з інтервалом у мілісекунди. Радіоантена NANOGrav Pulsar Timing Array відстежує несподівані зміни в синхронізації імпульсів. Будь-які порушення в надходженні імпульсів можуть свідчити про те, що вони спотворені гравітаційними хвилями.
NANOGrav отримувала деякі попередні докази фону гравітаційних хвиль, використавши дані спостережень за понад 12 років. А в червні 2023 року науковці застосували цей метод, щоб «зняти з розгляду» будь-які злиття чорних дір із мільярдами сонячних мас у межах 300 мільйонів світлових років.
Для кращого моделювання населення надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті, їхніх зіткнень і фону гравітаційних хвиль, що є наслідком цих зіткнень, важливо мати точне вимірювання мас таких об’єктів. Зусилля Саймона — це перший крок у справі зменшення невизначеності науковців щодо мас віддалених надмасивних чорних дір. Вони (зусилля) дадуть змогу розробити більш точні моделі еволюції галактик у ранньому Всесвіті.
За інф. з сайту www.universetoday.com підготував Іван Крячко
