Voor de meeste mensen lijkt het vooruitzicht van het meten van de exacte massa reusachtige ruimtevoorwerpen die door het universum reizen, onwerkelijk. Maar na het installeren in het noorden van Chili van de nieuwste antenne van de ALMA radiotelescoop, die werkt met zowel millimeter als submillimeter golflengten, is deze taak heel goed mogelijk geworden. Het antenneveld van de gigantische ALMA beslaat 16 kilometer van de Atacama-woestijn en verenigt 66 antennes. Ze werken allemaal samen, als een uiterst nauwkeurige enorme telescoop. Het bepalen van de exacte massa van superreus zwarte gaten op afstanden van miljoenen lichtjaren vanaf het aardoppervlak is echter verre van eenvoudig.
Waar liggen zwarte gaten op de loer?
Astronomen hebben al lang geleden onthuld dat zulke kosmische lichamen, die een gigantische massa bezitten, verborgen zijn in de kernen van de meeste sterrenstelsels. Deze objecten werden gevormd als een resultaat van de evolutie van hun gastheer-melkwegstelsels, gedurende lange miljarden jaren. En hun studie is een prioritaire taak van moderne astrofysica. Zwarte gaten leveren een grote bijdrage aan de vorming van nieuwe sterren. Zij, zoals alle levende objecten van het universum, groeien en evolueren geleidelijk en hebben een aanzienlijke impact op het interstellaire medium. Er zijn verschillende manieren om de massa van deze kanjer te bepalen. Om elk van hen te selecteren, worden bepaalde criteria geëvalueerd: de afstand van het object, het type melkweg en andere.
Monster in de Melkweg
Onze Melkweg heeft ook een superzwaar zwart gat in zijn kern. Ze werd gezien in het sterrenbeeld Boogschutter, als een krachtige bron van radiogolven. Astronomen konden met behulp van ongelooflijk nauwkeurige infraroodtelescopen de trajecten van andere sterren rond dit punt volgen en de krachtigste radiogolven uitstralen. Als resultaat van dergelijke studies, werd de massa van dit zwarte gat, dat 4 miljoen keer de massa van onze ster is, de zon bepaald.
Is het mogelijk om zwarte gaten in de structuur van de kernen van verre sterrenstelsels te meten?
Het meten van de massa van het kosmische monster het dichtst bij de aarde is niet zo moeilijk voor moderne astrofysici. Het bevindt zich immers heel dicht bij onze aardse observatoria - "slechts" 25.000 lichtjaren. Hoe zit het met het bepalen van de grootte en massa van zwarte gaten verborgen in de kernen van andere sterrenstelsels? Ze zijn zo ver van de aarde dat het meten van de rotatiesnelheid van sterren in hun kernen onmogelijk is, zelfs met behulp van infraroodtelescopen. Wetenschappers proberen deze methode: ze vinden radio-heldere objecten van mega-chasers (quantumgeneratoren die elektromagnetische golven in het bereik van de centimeter uitstoten) en zien ze bewegen in het midden - het zwarte gat. Megamasers spelen de rol van een vuurtoren, maar helaas voor astronomen zijn ze niet in alle sterrenstelsels.
Een andere methode wordt ook toegepast: de studie van de beweging van geïoniseerde gassen in galactische kernen. Er is een algoritme voor het berekenen van de massa van zwarte gaten op basis van de bewegingssnelheid van dergelijke gaswolken. Deze methode kan alleen worden gebruikt om objecten in elliptische sterrenstelsels te meten en is volledig ongeschikt voor het bepalen van de massa van superzware zwarte gaten die zich in de kernen van spiraalvormige sterrenstelsels verbergen. De mogelijkheid van dergelijke metingen heeft alleen de supergigantelescoop ALMA.
Wat heeft de ALMA-telescoop geleerd?
Het spiraalstelsel NGC 1097, dat bijna 45 miljoen lichtjaar ver van ons verwijderd is en zich in het sterrenbeeld Pec van het zuidelijk halfrond bevindt, raakte onlangs geïnteresseerd in een groep wetenschappers onder leiding van Kyoko Onishi. Ze bestudeerden de configuratie en bewegingssnelheid rond de kern van de moleculen van twee stoffen: waterstofcyanide (HCN), formylium (HCO +). Vervolgens konden ze, met behulp van computermodellen ontwikkeld met de ALMA-telescoop, vaststellen dat dergelijke indicatoren kenmerkend zijn voor zwarte gaten met een gewicht van 140 miljoen zonsmassa's. Het blijkt dat het zwarte gat van het NGK 1097-sterrenstelsel superassief is. Het is 35 keer groter dan het onze, gelegen in de Melkweg.
Deze studie was de eerste die werd uitgevoerd met ALMA in een spiraalvormig sterrenstelsel met een springer. Nu kan astrofysica, met behulp van dit model, andere massieve ruimtevoorwerpen meten. Deze studies zullen de mensheid helpen begrijpen hoe zij elkaar en andere kosmische lichamen beïnvloeden.
