В галактике III Zw 002, удалённой от нас на расстояние около 1,17 млрд световых лет, учёные впервые при помощи исследования ближнего ИК-диапазона выявили размеры массивного аккреционного диска, окружающего сверхмассивную чёрную дыру, масса которой в сотни миллионов раз больше массы нашего Солнца.
Эти наблюдения, проведённые под руководством астронома Денимары Диас дос Сантос из Национального института космических исследований в Бразилии, позволили оценить радиус аккреционного диска в 52 световых дня. Эти измерения позволят лучше понять, как «питаются» гигантские чёрные дыры.
Материал вокруг чёрной дыры трудно разглядеть в телескопы. Несмотря на размеры этих дисков и яркое свечение, расстояния до них слишком велики для того, чтобы разглядеть их в деталях.
Не имея возможности получить прямое изображение материала, мы анализируем свет, пришедший к нам от окружающей чёрную дыру галактики, на предмет специфических признаков, указывающих на наличие аккреционного диска.
Один из таких признаков — так называемый двойной пик в спектре излучения. Он появляется из-за вращения диска. Когда возбуждённый атом теряет энергию, он испускает излучение, длина волны которого зависит от типа атома.
Теперь представьте себе аккреционный диск вокруг чёрной дыры, как пластинку на проигрывателе. Часть диска движется к вам, другая часть — от вас. Часть диска, движущаяся к нам, испускает свет, сокращая длину его волны, а часть, движущаяся от нас, растягивает её.
Это означает, что излучение каждого из элементов, составляющих диск, проявляется на двух длинах волн, образуя двойной пик в спектре.
Двойные пики вокруг сверхмассивных чёрных дыр обнаруживались и раньше, но в предыдущих случаях они возникали в точке, расположенной относительно близко к чёрной дыре и известной как область узких линий. Это не даёт большой информации о полной протяжённости аккреционного диска.
Иллюстрация, демонстрирующая аккреционный диск вокруг чёрной дыры и двойное пиковое излучение.
Диас дос Сантос и её коллеги обнаружили два двойных пика, и оба они исходили не из области узких линий, а гораздо дальше от чёрной дыры, в так называемой области широких линий аккреционного диска. Это первое обнаружение двойных пиков в области широкой линии и первое обнаружение двойных пиков с помощью прибора, работающего в ближней инфракрасной области.
«Впервые обнаружение таких профилей с двойными пиками накладывает жёсткие ограничения на геометрию области, которую иначе невозможно рассмотреть, — говорит астрофизик Альберто Родригес-Ардила из Национальной астрофизической лаборатории в Бразилии. — И теперь у нас есть чёткое свидетельство процесса питания и внутренней структуры активной галактики».
Два двойных пика — водород слева и кислород справа
Первый двойной пик из внутренней части области широких линий принадлежал водороду. Согласно моделированию, он находился на расстоянии 16,77 световых дней от чёрной дыры. Второй, от кислорода, был получен на окраине области, примерно в 18,86 световых днях от чёрной дыры. Моделирование также позволяет предположить, что область широких линий простирается до радиуса 52,43 световых дней от чёрной дыры.
Это 9 078 астрономических единиц. Для сравнения: Плутон находится на расстоянии 40 астрономических единиц от Солнца. Команда будет продолжать наблюдение за галактикой, чтобы проверить, соответствует ли её поведение их прогнозам.
