Каждая крупная галактика располагает по крайней мере одной сверхмассивной чёрной дырой (СМЧД)
По-видимому, существует связь между массой этого объекта и размером галактического балджа. Но непосредственное измерение массы чёрной дыры выполнить трудно, ибо она скрыта глубоко внутри галактики.
Международная группа исследователей предложила новый, многообещающий метод измерений на основе газовой динамики. Учёные проверяли свою гипотезу на галактике с большим количеством выбросов окиси углерода — основной цели субмиллиметровых обсерваторий. Этот метод требует гораздо меньше времени, чем многие другие.
Изображение галактики NGC 4526, полученное космическим телескопом «Хаббл», с наложением субмиллиметровых наблюдений, которые выделены фиолетовым (фото NASA / ESA / Timothy A. Davis)
Измерить массу СМЧД не всегда просто. Астрономы могут рассчитать искомое путём отслеживания звёзд, находящихся на орбите чёрных дыр в центральных областях галактик, или посредством сопоставления выбросов соседнего ионизированного газа. Ещё один перспективный метод подразумевает использование рентгеновского и радиоизлучения: он применяется для самых массивных галактик во Вселенной. Но есть галактики, которым не подходит ничто из перечисленного.
Между тем молекулярный газ присутствует в большинстве галактик, и многие молекулы излучают в диапазоне, благодаря которому можно разглядеть окрестности СМЧД с высоким разрешением. Это прежде всего молекулы водорода (H2) и окиси углерода (CO). Последняя особенно интересна, поскольку излучает в субмиллиметровом диапазоне, то есть на границе инфракрасной и микроволновой частей электромагнитного спектра.
Газ вблизи галактического центра движется под различным гравитационным воздействием, включая внутреннее притяжение газового облака. Если в галактике есть СМЧД, она тоже будет способствовать движению газа. Его кинематику можно измерять с помощью эффекта Доплера — смещения длины волн за счёт скорости газа относительно Земли.
Авторы нового исследования измерили выбросы CO из линзовидной галактики NGC 4526, которая прекрасно подошла, потому что её балдж хорошо виден. Наблюдения выполнены с помощью «Комбинированного массива для исследований в области миллиметровой астрономии» (Combined Array for Research in Millimetre Astronomy, CARMA) — шести телескопов, установленных в Калифорнии.
Использование нескольких телескопов зачастую даёт более высокое разрешение, что позволило авторам заглянуть в центральную часть NGC 4526 и составить полную доплеровскую карту движения CO. Карту затем сравнили с различными моделями, способными объяснить кинематику газа. Вариант с отсутствием СМЧД был исключён сразу, так как это означало бы больше газа, чем наблюдалось на самом деле. Лучше всего к полученным данным подходит чёрная дыра с примерной массой в 450 млн солнечных.
Наблюдениям молекулярного газа следует доверять с осторожностью: ошибка возможна, если чёрная дыра вызывает турбулентность или если вращение газа не выровнено со звёздами в балдже. В случае NGC 4526 такой проблемы, похоже, не существует, но авторы предупреждают, что в других галактиках это может привести к завышению массы СМЧД.
Метод хорош не только тем, что молекулярный газ встречается в изобилии во многих галактиках, но и тем, что не требует много времени. По оценкам учёных, крупные телескопы (например, ALMA) могли бы собирать всю необходимую информацию за каких-то пять часов.
