
Незважаючи на те, що ми живемо у величезному тривимірному Всесвіті, небесні об’єкти, які можна побачити в телескоп, виглядають плоскими, тому що все знаходиться дуже і дуже далеко. Тепер астрономи вперше визначили тривимірну форму однієї з найбільших і найближчих до нас еліптичних галактик M87.
Ця галактика виявляється «тривісною», або картоплиноподібною. Це стереобачення стало можливим завдяки поєднанню потужності космічного телескопа Хаббла NASA та наземної обсерваторії WM Keck на Маунакеа, Гаваї.
У більшості випадків астрономи повинні використовувати свою інтуїцію, щоб з’ясувати справжню форму об’єктів глибокого космосу. Наприклад, цілий клас величезних галактик, які називаються «еліптичними», виглядають як краплі на малюнках. Визначення справжньої форми гігантських еліптичних галактик допоможе астрономам краще зрозуміти, як утворюються великі галактики та їхні центральні великі чорні діри.
Визначення форми M87
Вчені зробили тривимірний графік, вимірявши рухи зірок, які кишать навколо надмасивної центральної чорної діри галактики. Рух зірок використовувався для нового уявлення про форму галактики та її обертання, а також дав змогу нове вимірювання маси чорної діри. Відстеження швидкості та положення зірок дозволило дослідникам створити тривимірне зображення галактики.
Астрономи Каліфорнійського університету в Берклі змогли з високою точністю визначити масу чорної діри в ядрі галактики, оцінивши її в 5,4 мільярда мас Сонця. Під час спостережень телескопа Хаббл у 1995 році вперше було встановлено, що чорна діра M87 становить 2,4 мільярда сонячних мас. Астрономи зробили такий висновок, вимірявши швидкість газу, що обертається навколо чорної діри.
Коли у 2019 році Event Horizon Telescope, міжнародне співробітництво наземних телескопів, опублікувало перше в історії зображення тієї самої чорної діри, розмір її чорного горизонту подій дозволив дослідникам обчислити масу в 6,5 мільярдів мас Сонця за допомогою Загальної теорії відносності Ейнштейна.
Стереомодель M87 і більш точна маса центральної чорної діри можуть допомогти астрофізикам дізнатися швидкість обертання чорної діри.
«Тепер, коли ми знаємо напрям чистого обертання зірок у M87 і маємо оновлену масу чорної діри, ми можемо поєднати цю інформацію з даними телескопа Event Horizon Telescope, щоб обмежити обертання», — сказав Чунг-Пей Ма, провідний дослідник Каліфорнійського університету в Берклі.
Маючи в десять разів більшу масу, ніж наш Чумацький Шлях, M87, ймовірно, виросла в результаті злиття багатьох інших галактик. Ймовірно, саме тому центральна чорна діра M87 така велика – вона асимілювала центральні чорні діри однієї або кількох галактик, які вона проковтнула.
Комп’ютерна модель
Чунг-Пей Ма разом із аспіранткою Каліфорнійського університету в Берклі Емілі Ліпольд (провідний автор статті, опублікованої в Astrophysical Journal Letters ) і Джонел Уолш з Техаського університету A&M змогли визначити тривимірну форму M87 завдяки новому точному приладу, встановленому на телескопі Keck II. Вони використали 62 суміжні місця галактики, склавши спектри зірок у регіоні приблизно 70000 світлових років у поперечнику. Ця область охоплює центральні 3000 світлових років, де гравітація значною мірою формується надмасивною чорною дірою. Хоча телескоп не може розпізнати окремі зірки через велику відстань до M87, спектри можуть виявити діапазон швидкостей для обчислення маси об’єкта, навколо якого вони обертаються.
«Це ніби дивитися на рій із 100 мільярдів бджіл, — каже Ма. – Хоча ми дивимось на них здалеку і не можемо розрізнити окремих бджіл, ми отримуємо дуже детальну інформацію про їхні колективні швидкості».
Дослідники взяли дані між 2020 і 2022 роками, а також попередні вимірювання яскравості зірки M87 від Хаббла, і порівняли їх із прогнозами комп’ютерної моделі про те, як зірки рухаються навколо центру галактики тривісної форми. Найкраща відповідність цим даним дозволила їм розрахувати масу чорної діри.