Астрономы уже давно пытаются расшифровать взаимодействие сверхмассивных черных дыр и их аккреционных дисков. Недавнее исследование обнаружило двойные пиковые профили в инфракрасных эмиссионных линиях вблизи активной галактики III Zw 002. Эти наблюдения, сделанные с помощью телескопа Gemini North, могут пролить новый свет на структуру аккреционных дисков черных дыр.
Сверхмассивные черные дыры в центрах многих галактик остаются одной из самых интригующих загадок Вселенной. Хотя их существование широко признано научным сообществом, точная динамика их взаимодействия с окружающими аккреционными дисками остается быстро растущей областью исследований.
Недавно группа астрономов под руководством Денимары Диас душ Сантос из Национального института космических исследований (Бразилия) сообщила о первом обнаружении двойных пиковых профилей в эмиссионных линиях ближнего инфракрасного диапазона активной галактики под названием III Zw 002. Исследование было проведено с помощью телескопа Gemini North и может пролить свет на некоторые из наименее изученных аспектов этих космических гигантов, а также расширить наше понимание динамики галактик. Работа опубликована в журнале .
Структура, необходимая для черных дыр, но трудно идентифицируемая
Аккреционные диски состоят из газа и пыли, объединенных в кольцевую структуру. Эти массы вращаются вокруг сверхмассивных черных дыр, гравитационная сила которых постоянно притягивает к себе материю из диска. Когда вы падаете в черную дыру, высвобождается огромное количество энергии, которая проявляется во всем электромагнитном спектре.
Аккреционные диски, играя важную роль в нашем понимании сверхмассивных черных дыр, представляют собой серьезную проблему для наблюдений. Их расположение в миллионах и даже миллиардах световых лет от Земли в сочетании с их небольшими размерами в космическом масштабе делает прямое получение изображений чрезвычайно трудным с использованием современных технологий. Более того, поскольку их часто затмевает ошеломляющая яркость окружающих небесных объектов, их становится еще труднее обнаружить.
Выявление эмиссионных линий
Вместо того, чтобы пытаться наблюдать эти диски напрямую, астрономы обратились к их косвенным проявлениям в электромагнитном спектре. Одним из таких проявлений является природа двойных пиков эмиссионных линий. Проще говоря, когда аккреционный диск излучает свет, часть излучения излучает определенные признаки в спектре. Эти сигнатуры, или профили двойных пиков, являются результатом быстрого вращения диска вокруг черной дыры, поскольку разные части диска движутся с разными скоростями относительно наблюдателя.
Таким образом, обнаружение таких двухпиковых профилей является четким указанием на наличие аккреционного диска.
Обратите внимание: Астрономы обнаружили необычный пульсар.
Кроме того, анализируя форму, ширину и положение этих пиков, астрономы могут получить ценную информацию о структуре диска, скорости вращения, температуре и даже составе.Фактически, эти эмиссионные линии относятся к квантовому явлению. В зависимости от энергии атомы могут поглощать или излучать свет определенной длины волны. Когда атом возбужден, он находится в более высоком энергетическом состоянии. Когда он возвращается в состояние с более низкой энергией, он излучает свет с характерной длиной волны. При анализе эти излучения образуют отчетливые «линии» в спектре, что позволяет ученым определить наличие и природу элементов в источнике света.
Наблюдения в инфракрасном диапазоне
В предыдущих исследованиях эти двухпиковые профили были обнаружены в основном в видимом диапазоне длин волн. Точнее, они наблюдались в эмиссионных линиях H-альфа и H-бета. Эти две линии являются характерными особенностями водорода. Линия Н-альфа возникает при переходе электронов в атомах водорода с третьего на второй энергетический уровень, а линия Н-бета возникает при переходе с четвертого на второй энергетический уровень.
Однако недавнее открытие позволило выйти за пределы видимого диапазона и исследовать его в ближнем инфракрасном диапазоне. В этом спектре впервые обнаружены однозначные двухпиковые профили. Линия Пашена-альфа и линия O I были обнаружены как эмиссионные линии. Альфа-линия Пашена — это еще одна водородная сигнатура, похожая на H-альфа и H-бета, но она возникает, когда электроны переходят с четвертого энергетического уровня на третий. Линия OI является признаком нейтрального кислорода.
Последствия для будущих исследований
Исследовательская группа сравнила наблюдения с существующими моделями дисков, чтобы получить конкретные параметры BLR и сверхмассивной черной дыры III Zw 002. BLR, или область широкой линии, — это область вокруг черной дыры, где газ движется с такими высокими скоростями, что излучает широкие эмиссионные линии в спектре.
Эти предсказания предполагают, что масса черной дыры в 400–900 миллионов раз превышает массу Солнца. Команда планирует продолжить мониторинг III Zw 002, чтобы увидеть, как аккреционный диск ведет себя с течением времени. Открытие этих двухпиковых профилей в ближнем инфракрасном диапазоне значительно расширяет поле наблюдения и открывает новые перспективы для понимания аккреционных дисков и их взаимодействия со сверхмассивными черными дырами.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Астрономы давно пытаются расшифровать взаимодействие между сверхмассивными черными дырами и их аккреционными дисками.