Первые эмиссионные линии на окраинах аккреционного диска сверхмассивной черной дыры

Впервые отчетливые двойные пики эмиссионных линий, обнаруженные в центре галактики, дали нам возможность исследовать края яркого диска, окружающего центральную черную дыру. Это не только подтвердило многие вещи, которые мы подозревали об области вокруг сверхмассивных черных дыр, но также позволило измерить диск и саму дыру.

Сверхмассивные черные дыры и вещество, вращающееся в них по спирали, известное как аккреционные диски. формируют их галактики, но большая часть того, что мы знаем о них, основана на моделировании, а не на прямых наблюдениях. Между Землей и центром нашей галактики слишком много препятствий, чтобы ясно увидеть диск, несмотря на впечатляющие достижения, достигнутые телескопом горизонта событий. Между тем, другие галактики находятся так далеко, что мы не можем в достаточной степени разрешить их диски, чтобы определить их границы, не говоря уже о том, что происходит на внешних краях.

По крайней мере, так думали астрономы, пока наблюдения галактики III Zw 002 не дали значительно больше, чем ожидалось. Спектр, наблюдаемый из этой галактики на расстоянии миллиарда световых лет от нас, позволил бразильским астрономам впервые измерить размер аккреционного диска вокруг сверхмассивной черной дыры. Им также удалось определить его ориентацию относительно Земли и немного о том, как распределяются элементы.

Как и в случае со звездами, активные ядра галактик (АЯГ), яркие области вокруг черных дыр, производят свет во всем электромагнитном спектре за счет своего тепла и имеют большую интенсивность на определенных длинах волн, известных как эмиссионные линии. Эмиссионные линии являются результатом того, что электроны, ранее переведенные в возбужденное состояние, возвращаются на более низкий энергетический уровень.

Похожие истории

При выпуске каждая линия излучения специфична для определенной длины волны света, характерной для энергетической щели, в которую попал электрон, что, в свою очередь, уникально для элемента, вокруг которого вращается электрон. Однако, когда источник быстро движется к нам или от нас, длина волны смещается.

Газы движутся так быстро вокруг вращающейся сверхмассивной черной дыры, что линии излучения с одной стороны видны на немного более длинных волнах, вызванных движением в сторону, в то время как линии с другой стороны кажутся немного короче их истинной длины волны. Это создает так называемый двойной пик по обе стороны от нормального значения линии излучения.

До сих пор такие двойные пики наблюдались только для выбросов водорода в видимом свете. Однако, изучая свет III Zw 002 с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона Gemini, Денимара Диас дос Сантос была удивлена, увидев свет от кислорода, а также двойной инфракрасный пик от линии водорода Пашен-альфа. Диас душ Сантос, аспирант Национального института испанских пескисас, приходит к выводу, что эти выбросы исходят из области, охватывающей 18,8 световых дней от центра сверхмассивной черной дыры галактики. Линия Пашен-альфа берет свое начало чуть дальше, в радиусе 16,8 световых дней.

Для сравнения: «Вояджер-1», самый удаленный от Солнца рукотворный объект, находится на расстоянии менее одного светового дня.

Однако диск в целом, вероятно, простирается гораздо дальше. Диас душ Сантос и его коллеги оценивают, что регион, производящий выбросы, простирается на 52,4 световых дня. Это первая достаточно точная наблюдательная оценка размера такого диска. Это расстояние не так-то просто сравнивать: оно более чем в 30 раз превышает орбиты даже самых отдаленных объектов пояса Койпера, таких как «FarFarOut», но также менее чем в тридцатую часть пути до ближайшей соседней звезды Солнца.

«Раньше мы не знали, что III Zw 002 имеет такой двойной пик, но когда мы сократили данные, мы очень четко увидели двойной пик», — сказал в своем заявлении руководитель группы доктор Альберто Родригес-Ардила. «На самом деле мы много раз сокращали данные, думая, что это могла быть ошибка, но каждый раз мы видели один и тот же потрясающий результат».

«Впервые обнаружение таких двухпиковых профилей налагает жесткие ограничения на геометрию области, которую иначе невозможно разрешить», — добавил Родригес-Ардила.