בעזרת מודל מחשב חדש, אסטרונומים קבעו כי החור השחור במרכז גלקסיית M87 גדול לפחות פי שניים ממה שחשבו בעבר. במשקלו פי 6.4 מיליארד ממסת השמש, זהו החור השחור המסיבי ביותר שנמדד עד כה, והמודל החדש הזה מציע כי המוני החור השחור המקובלים בגלקסיות גדולות אחרות בקרבת מקום עשויים להיות בכמויות דומות. יש לכך השלכות לתיאוריות כיצד גלקסיות נוצרות וצומחות ואולי אף יפתרו פרדוקס אסטרונומי ארוך שנים.
האסטרונומים קארל גבהארדט מאוניברסיטת טקסס באוסטין וג'נס תומאס ממכון מקס פלאנק לפיזיקה חוצנית פירסמו את ממצאי הדברים ביום שני בכנס האגודה האמריקנית לאסטרונומיה בפסדינה, קליפורניה.
כדי לנסות להבין כיצד גלקסיות נוצרות וצומחות, אסטרונומים מתחילים במידע בסיסי על הגלקסיות כיום, כמו למשל מה הם עשויים, כמה הם גדולים וכמה הם שוקלים. אסטרונומים מודדים קטגוריה אחרונה זו, מסה גלקסית, על ידי שעון מהירות הכוכבים המסתובבים בתוך הגלקסיה.
מחקרים של המסה הכוללת חשובים, אמר תומאס, אך "הנקודה המכריעה היא לקבוע אם המסה נמצאת בחור השחור, בכוכבים או בהילה האפלה. אתה צריך להריץ מודל מתוחכם כדי להיות מסוגל לגלות איזה הוא. ככל שיש לך יותר רכיבים, כך הדגם מסובך יותר. "
כדי לדגם את M87, Gebhardt ותומאס השתמשו באחד ממחשבי העל החזקים בעולם, מערכת Lonestar באוניברסיטת טקסס במרכז המחשוב המתקדם בטקסס של אוסטין. Lonestar הוא אשכול לינוקס של Dell עם 5,840 ליבות עיבוד ויכול לבצע 62 טריליון פעולות בנקודה צפה בשנייה. (למחשב הנייד המובחר היום יש שתי ליבות והוא יכול לבצע עד 10 מיליארד פעולות בנקודה צפה בשנייה.)
דגם ה- M87 של Gebhardt ו- Jens היה מסובך יותר מדגמי הגלקסיה הקודמים, מכיוון שבנוסף לדוגמנות הכוכבים והחור השחור שלו, הוא לוקח בחשבון את "ההילה האפלה" של הגלקסיה, אזור כדורי המקיף גלקסיה המשתרעת מעבר לעיקרה מבנה גלוי, המכיל את "החומר האפל" המסתורי של הגלקסיה.
"בעבר, תמיד ראינו את ההילה האפלה כמשמעותית, אך לא היו לנו משאבי המחשוב לחקור אותה גם כן", אמר Gebhardt. "יכולנו להשתמש רק בכוכבים ובחורים שחורים לפני כן. זורקים את ההילה האפלה, זה הופך להיות יקר מדי מבחינה חישובית, אתה צריך ללכת למחשבי-על. "
התוצאה של Lonestar הייתה מסה לחור השחור של M87 כמה פעמים ממה שהדגמים הקודמים מצאו. "בכלל לא ציפינו לזה", אמר גבהרט. הוא וג'נס פשוט רצו לבדוק את המודל שלהם על "הגלקסיה החשובה ביותר שיש שם", אמר.
מסיבית במיוחד ונוחה בסביבה (מבחינה אסטרונומית), M87 הייתה אחת הגלקסיות הראשונות שהציעו להקים חור שחור מרכזי לפני כמעט שלושה עשורים. יש לו גם סילון פעיל שיורה אור החוצה מליבת הגלקסיה כאשר החומר מתערבל קרוב יותר לחור השחור, ומאפשר לאסטרונומים ללמוד את התהליך שבאמצעותו חורים שחורים מושכים חומר. כל הגורמים הללו הופכים את M87 ל"עוגן ללימודי חור שחור-על-מסיבי ", אמר Gebhardt.
התוצאות החדשות הללו עבור M87, יחד עם רמזים ממחקרים אחרונים אחרונים ותצפיות טלסקופיות אחרונות שלו (פרסומים בהכנה), מביאים אותו לחשוד כי כל המוני החורים השחורים עבור הגלקסיות המסיביות ביותר הם מוערכים.
מסקנה זו "חשובה לאופן שבו חורים שחורים קשורים לגלקסיות", אמר תומאס. "אם תשנה את מסת החור השחור, תשנה את ההתייחסות לחור השחור לגלקסיה." יש קשר הדוק בין הגלקסיה לחור השחור שלה, שאיפשר לחוקרים לבדוק את הפיזיקה של איך הגלקסיות צומחות לאורך זמן קוסמי. הגדלת המוני החור השחור בגלקסיות המסיביות ביותר תגרום להערכה מחדש של הקשר הזה.
מסות גבוהות יותר עבור חורים שחורים בגלקסיות סמוכות גם יכלו לפתור פרדוקס הנוגע להמוני הקוואזרים - חורים שחורים פעילים במרכזם של גלקסיות רחוקות במיוחד, שנראו בתקופה קוסמית מוקדמת בהרבה. הקוואזרים מאירים בהיר כאשר החומר מסתחרר פנימה, מפטיר קרינה בשפע לפני חציית אופק האירועים (האזור שמעליו שום דבר - אפילו לא אור - לא יכול לברוח).
"יש בעיה ארוכת שנים בכך שהמוני החור קוואזאר היו גדולים מאוד - 10 מיליארד המוני שמש," אמר גבהרט. "אבל בגלקסיות מקומיות מעולם לא ראינו חורים שחורים מסיביים, לא כמעט. החשד היה לפני שהמוני הקוואזאר לא היו בסדר ", אמר. אבל "אם נגדיל את המסה של M87 פעמיים או שלוש, הבעיה כמעט נעלמת."
המסקנות של ימינו הן מבוססות מודל, אך Gebhardt גם עשה תצפיות טלסקופ חדשות של M87 וגלקסיות אחרות באמצעות מכשירים עוצמתיים חדשים בטלסקופ ג'מיני הצפוני ובטלסקופ הגדול מאוד של מצפה הכוכבים האירופי. לדבריו, נתונים אלה שיוגשו לפרסום בקרוב תומכים במסקנות הנוכחיות המבוססות על מודל לגבי מסת החור השחור.
לתצפיות טלסקופ עתידיות על הילות כהות גלקטיות, Gebhardt מציין כי מכשיר חדש יחסית באוניברסיטת טקסס במצפה המקדונלד של אוסטין הוא מושלם. "אם אתה צריך ללמוד את ההילה כדי להשיג את מסת החור השחור, אין מכשיר טוב יותר מ- VIRUS-P," אמר. הכלי הוא ספקטרוגרף. הוא מפריד את האור מאובייקטים אסטרונומיים לאורכי הגל המרכיבים שלו, ויוצר חתימה שניתן לקרוא כדי לגלות את המרחק, המהירות, התנועה, הטמפרטורה של האובייקט ועוד.
VIRUS-P הוא טוב ללימודי הילה מכיוון שהוא יכול לקחת ספקטרום על שטח גדול מאוד של שמיים, ומאפשר לאסטרונומים להגיע לרמות האור הנמוכות מאוד במרחקים גדולים ממרכז הגלקסיה בה ההילה האפלה דומיננטית. זהו אב-טיפוס, הבנוי לבדיקת הטכנולוגיה הנכנסת לספקטרוגרף הנגיף הגדול יותר לניסוי האנרגיה האפלולית התחביב-אברלי הקרוב (HETDEX).
מקורות: AAS, מצפה הכוכבים מקדונלד
