Астрономы «взвесили» первую «сфотографированную» черную дыру
Массу черной дыры M87, чью тень удалось сфотографировать, уточнили по движению окружающих звезд. Оказалось, что она примерно на миллиард солнечных масс меньше, чем показали первые оценки. Новые измерения помогут разобраться, какие детали будущих снимков определяет сама черная дыра, а какие — свойства раскаленного газа вокруг нее.
В центре эллиптической галактики Messier 87, что находится примерно в 55 миллионах световых лет от Земли, расположилась сверхмассивная черная дыра M87*. В 2019 году с помощью «Телескопа горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT) астрономы явили миру ее знаменитое изображение: яркое кольцо излучающего вещества вокруг темной области, связанной с тенью космического «монстра».
Поскольку увидеть саму черную дыру нельзя — свет не может покинуть ее горизонт событий, — по размеру кольца ученые оценили массу объекта примерно в 6,5 миллиарда масс Солнца. Более поздний анализ наблюдений 2017 и 2018 год дал около 6,16 миллиарда.
К счастью, «взвесить» невидимый объект можно и по-другому. Дело в том, что гравитация влияет на орбиты звезд: чем ближе они к центру галактики, тем заметнее воздействие черной дыры. Значит, измерив скорости множества звезд и построив модель их движения, можно рассчитать массу, необходимую для такого гравитационного поля.
Именно этим занялась группа под руководством Эмили Липолд (Emily R. Liepold) из Калифорнийского университета (США). Исследователи объединили данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» и наземной обсерватории Кека. Первый позволил изучить звезды, расположенные почти вплотную к центру M87 — на расстояниях около 33 световых лет. Второй показал движение светил на расстояниях до 32 600 световых лет. Так астрономы проследили звездные движения на масштабах, различающихся в тысячи раз.
В спектрах «Уэбба», однако, возникли периодические искажения, мешающие выделить сигнал звезд. Поэтому ученые разработали специальный алгоритм очистки данных. Выяснилось, что ближе к центру разброс скоростей достигает примерно 500 километров в секунду.
Затем астрономы построили компьютерные модели галактики, учитывающие гравитацию, массу звезд, темную материю и сложную трехмерную форму M87*. Для сравнения с наблюдениями использовали почти пять тысяч измерений движения светил в 618 участках галактики. Подбирая параметры, исследователи нашли модель, которая лучше всего воспроизводит полученную картину.
Новая оценка массы M87* составила 5,38 миллиарда масс Солнца. Статистическая погрешность — плюс-минус 130 миллионов солнечных масс. Дополнительная неопределенность, связанная с расстоянием до галактики, — 220 миллионов. Этот результат согласуется с прежней оценкой по движению звезд, но возможные неточности измерений сократились в два–три раза.
Впрочем, новые данные не опровергают прежние оценки. Хотя цифры различаются, с учетом возможных погрешностей оба способа измерения дают близкие результаты. Уточненная масса поможет астрономам лучше изучить вращение черной дыры и понять, как ведет себя раскаленный газ вокруг нее.
Результаты научной работы опубликованы на сервере препринтов arXiv.org.
Telegram 
Дзен 
VK 
