Астрономы уточнили массу сверхмассивной черной дыры M87*, расположенной в центре эллиптической галактики Messier 87 в 55 миллионах световых лет от Земли. Новые расчеты, основанные на анализе движения окружающих звезд, показали, что объект легче, чем считалось ранее.
В 2019 году с помощью «Телескопа горизонта событий» (EHT) было получено первое изображение этой черной дыры. По размеру светящегося кольца вокруг темной области ученые изначально оценили массу объекта примерно в 6,5 миллиарда масс Солнца, а более поздний анализ данных 2017–2018 годов дал результат около 6,16 миллиарда.
Новый метод измерений
Группа исследователей под руководством Эмили Липолд из Калифорнийского университета применила иной подход: изучение гравитационного влияния черной дыры на орбиты звезд. Чем ближе светило к центру галактики, тем сильнее на него воздействует гравитация массивного объекта. Измерив скорости звезд и построив модель их движения, ученые смогли рассчитать массу, создающую такое гравитационное поле.
Для этого астрономы объединили данные двух инструментов: • Космический телескоп «Джеймс Уэбб» позволил изучить звезды, находящиеся почти вплотную к центру — на расстоянии около 33 световых лет. • Наземная обсерватория Кека зафиксировала движение светил на расстояниях до 32 600 световых лет.
Результаты и точность
В процессе работы ученым пришлось разработать специальный алгоритм для очистки спектров «Джеймса Уэбба» от периодических искажений. В итоге выяснилось, что вблизи центра галактики разброс скоростей звезд достигает примерно 500 километров в секунду.
Для финального расчета была создана компьютерная модель, учитывающая массу звезд, темную материю, гравитацию и трехмерную форму M87*. Модель калибровали, используя почти пять тысяч измерений движения светил в 618 различных участках галактики.
Новая оценка массы M87* составила 5,38 миллиарда масс Солнца. Несмотря на то что эта цифра примерно на миллиард меньше предыдущих оценок, результаты считаются близкими с учетом погрешностей. При этом точность новых измерений по движению звезд выросла в два–три раза. Эти данные помогут ученым лучше понять вращение черной дыры и физику раскаленного газа, окружающего её.
