W młodym Wszechświecie nie spodziewano się tak wielkich czarnych dziur. Niesłusznie
Takie pomiary nie są łatwe, zwłaszcza dla odległych galaktyk. Trzeba w nich bowiem odróżnić obszar galaktyki, w którym ruchy gwiazd są silnie zdominowane przez grawitację supermasywnej czarnej dziury. Obserwując dynamikę tych gwiazd, astronomowie są w stanie wiarygodnie zmierzyć masę czarnej dziury, ale jest to możliwe jedynie w odległości do ok. 200 megaparseków (MPc) od Ziemi, tj. 652 mln lat świetlnych. A MRG-M0138 jest o wiele dalej: ponad 4 000 MPc! Dlatego w wyznaczeniu masy czarnej dziury badacze wykorzystali zjawisko soczewkowania grawitacyjnego.
W skrócie
Tak naprawdę autorzy publikacji nie podają odległości MRG-M0138–Ziemia, a jedynie wartość przesunięcia ku czerwieni (z), które wynosi 1,95. Prawo Hubble’a mówi, że Wszechświat się rozszerza, a prędkość oddalania się obiektów rośnie wraz odległością. Obserwowalnym efektem rozszerzania się jest tzw. przesunięcie ku czerwieni. Przy odległościach rzędu tysięcy megaparseków, prawo Hubble’a przestaje być prostą liniową zależnością, a ekspansja Wszechświata osiąga prędkość światła, albo nawet ją przekracza. W takich przypadkach wyznaczenie odległości jest bardzo niepewne. Pomiar przesunięcia ku czerwieni pozostaje zaś dość precyzyjny. Z tego powodu dla bardzo odległych obiektów podaje się raczej wartość z.
Zgodnie z ogólną teorią względności, czasoprzestrzeń ma swoją geometrię, a masa tę geometrię zakrzywia. Popularny sposób na zwizualizowanie tego to rozciągnięta elastyczna płachta, która ugina się, gdy położyć na nią ciężką kulę. Wywołane przez kulę krzywizny czasoprzestrzeni dyktują, w jaki sposób rzeczy poruszają się wokół kuli – dotyczy to satelitów, księżyców, planet, a także gwiazd i światła. Światło z odległych gwiazd i galaktyk dociera do nas po określonym torze, ale jeżeli na ich drodze znajduje się inna gwiazda albo galaktyka, to ten tor ulegnie odchyleniu i obraz, który otrzymamy, może być zniekształcony, a nawet powiększony. Jeśli taka sytuacja wystąpi, możemy ten efekt wykorzystać niczym naturalny, kosmiczny teleskop.
Sięgnij do źródeł
Badania naukowe: A stellar dynamical mass measurement of an inactive black hole at redshift 2
Autorzy pracy skierowali Teleskop Jamesa Webba na MRG-M0138 i skorzystali z silnego soczewkowania grawitacyjnego wywołanego przez gromadę galaktyk MACS J0138.0–2155, która znajduje się dokładnie na linii widzenia między nami a tą galaktyką. Dzięki temu naturalnemu powiększeniu, efektywna rozdzielczość przestrzenna wynosiła 91 parseków. Przy takim powiększeniu udało się scharakteryzować dynamikę gwiazd, określić promień sfery wpływu czarnej dziury na ok. 164 pc i wyznaczyć jej masę jako ok. 6 mld mas Słońca. To dość dużo – aż 2,4 proc. masy gwiazd w tej galaktyce.
Praca zespołu Newmana prezentuje pierwszy tak precyzyjny pomiar masy czarnej dziury na tak niesamowicie dużą odległość – mówimy tu prawdopodobnie o kilkunastu miliardach lat świetlnych. Ponadto, ich wyniki są niezwykłą ciekawostką kosmologiczną. Pamiętajmy, że patrząc daleko w kosmos, widzimy obraz sprzed miliardów lat – a w tak młodym Wszechświecie nie spodziewano się tak wielkich czarnych dziur. Być może w obowiązujących modelach wzrostu czarnych dziur i ich galaktyk są jeszcze jakieś luki.
Dziękujemy, że jesteś z nami. To jest pierwsza wzmianka na ten temat. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża najnowsze badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.