Det finns inga vågar för att väga svarta hål. Ändå har astrofysiker från Moskvas institut för fysik och teknik utarbetat ett nytt sätt att indirekt mäta massan av ett svart hål, samtidigt som det bekräftar dess existens. De testade den nya metoden, redovisas i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society , på den aktiva galaxen Messier 87.

Aktiva galaktiska kärnor är bland de ljusaste och mest mystiska föremålen i rymden. En galax anses vara aktiv om den producerar en tunn lång stråle av materia och energi riktad utåt. Känd som en relativistisk jet, Detta fenomen kan inte förklaras av stjärnorna i galaxen. Den nuvarande konsensus är att jetstrålarna produceras av någon sorts "motorer, " kallas galaktiska kärnor. Även om deras natur är dåligt förstådd, forskare tror att ett snurrande svart hål kan driva en aktiv galax.

Messier 87 i konstellationen Jungfrun är en aktiv galax som är närmast jorden, och även den som är bäst studerad. Det har observerats regelbundet sedan 1781, när den först upptäcktes som en nebulosa. Det tog lite tid innan astronomerna insåg att det var en galax, och dess optiska jet – upptäckt 1918 – var den första som någonsin observerades.

Strukturen av Messier 87-jetplanen har noggrant studerats, med dess plasmajethastigheter kartlagda och temperaturen och partikelantaldensiteten nära strålen uppmätt. Jetens gräns har studerats så detaljerat att forskare upptäckte att den var inhomogen längs dess längd, ändra sin form från parabolisk till konisk. Ursprungligen upptäckt som ett isolerat fall, denna effekt bekräftades senare för ett dussin andra galaxer, även om M87 fortfarande är det tydligaste exemplet på fenomenet.

Den stora massan av observationer gör det möjligt att testa hypoteser om strukturen hos aktiva galaxer, inklusive förhållandet mellan jetformbrottet och det svarta hålets gravitationsinflytande. Jetbeteende och förekomsten av det supermassiva svarta hålet är två sidor av samma mynt:Det förra kan förklaras i termer av det senare medan teoretiska modeller av svarta hål testas via jetobservationer.

Astrofysiker utnyttjade det faktum att jetgränsen består av segment av två distinkta kurvor och använde avståndet mellan kärnan och strålens brott, tillsammans med strålens bredd, att indirekt mäta det svarta hålets massa och snurra. För detta ändamål, MIPT-forskare utvecklade en metod som kombinerar en teoretisk modell, datorberäkningar, och teleskopobservationer.

Forskarna försöker beskriva strålen som ett flöde av magnetiserad vätska. I detta fall, strålens form bestäms av det elektromagnetiska fältet i den, vilket i sin tur beror på olika faktorer, såsom hastigheten och laddningen av jetpartiklar, den elektriska strömmen i strålen, och den hastighet med vilken det svarta hålet ansamlas materia. Ett komplext samspel mellan dessa egenskaper och fysiska fenomen ger upphov till det observerade avbrottet.

Det finns en teoretisk modell som förutsäger avbrottet, så att teamet kunde avgöra vilken svarthålsmassa som resulterar i att modellen reproducerar strålens observerade form. Detta gav en ny modell för massuppskattning av svarta hål, en ny mätmetod, och en bekräftelse av de hypoteser som ligger till grund för den teoretiska modellen.

"Den nya oberoende metoden för uppskattning av svarta håls massa och spinn är nyckelresultatet av vårt arbete. Även om dess noggrannhet är jämförbar med den för de befintliga metoderna, den har en fördel genom att den för oss närmare slutmålet. Nämligen, förfina parametrarna för kärnmotorn för att djupare förstå dess natur, " sa Elena Nokhrina, huvudförfattaren till uppsatsen och biträdande chef för MIPT-laboratoriet som är involverad i studien.