หลุมดำเป็นพลังแห่งธรรมชาติที่น่าทึ่งและน่าทึ่งที่สุด พวกเขายังเป็นหนึ่งในสิ่งที่ลึกลับที่สุดเนื่องจากวิธีการที่กฎของฟิสิกส์แบบเดิมแตกสลายอยู่ต่อหน้าพวกเขา แม้จะมีการวิจัยและการสังเกตการณ์มานานหลายทศวรรษ แต่ก็ยังมีอีกมากที่เราไม่รู้เกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้ ในความเป็นจริงจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้นักดาราศาสตร์ไม่เคยเห็นภาพของหลุมดำและไม่สามารถวัดมวลของมันได้
อย่างไรก็ตามทีมนักฟิสิกส์จากสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีมอสโก (MIPT) เพิ่งประกาศว่าพวกเขาได้คิดค้นวิธีการวัดมวลของหลุมดำทางอ้อมในขณะเดียวกันก็ยืนยันการมีอยู่ของมัน ในการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้พวกเขาแสดงให้เห็นว่าพวกเขาทดสอบวิธีนี้อย่างไรกับหลุมดำมวลมหาศาลที่เพิ่งถ่ายเมื่อไม่นานมานี้ที่ใจกลางกาแลคซีที่กำลังทำงานของ Messier 87
การศึกษาปรากฏในฉบับเดือนสิงหาคมของ ประกาศรายเดือนของสมาคมดาราศาสตร์. นอกเหนือจากนักวิจัยจาก MIPT แล้วทีมยังรวมสมาชิกจากสถาบันร่วมแห่งเนเธอร์แลนด์ VLBI ERIC (JIVE) สถาบันดาราศาสตร์และดาราศาสตร์ดาราศาสตร์ของ Academia Sinica ในไต้หวันและหอดูดาว Mizusawa VLBI ของ NOAJ ในญี่ปุ่น
นักดาราศาสตร์ทราบมานานหลายทศวรรษแล้วว่ากาแลคซีขนาดใหญ่ส่วนใหญ่มีหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลาง การปรากฏตัวของ SMBH นี้นำไปสู่กิจกรรมจำนวนมากในแกนกลางซึ่งก๊าซและฝุ่นละอองตกลงไปในดิสก์สะสมมวลและเร่งความเร็วเป็นความเร็วที่ทำให้พวกมันเปล่งแสงเช่นเดียวกับวิทยุไมโครเวฟรังสีเอกซ์และแกมม่า รังสีเรย์
สำหรับกาแลคซีบางแห่งปริมาณการแผ่รังสีที่เกิดจากบริเวณแกนกลางนั้นสว่างมากจนจริง ๆ แล้วมันมีพลังเหนือแสงที่มาจากดวงดาวทั้งหมดในดิสก์รวมกัน กาแลคซีเหล่านี้เรียกว่า Active Galactic Nuclei (AGN) เนื่องจากมีแกนกลางที่ใช้งานอยู่และกาแลคซีอื่น ๆ นั้นค่อนข้างเงียบ อีกตัวบ่งชี้ที่บอกว่ากาแลคซีทำงานอยู่นั้นเป็นลำแสงยาวของสสารที่ร้อนจัด
“ เครื่องบินไอพ่นสัมพัทธภาพ” เหล่านี้ซึ่งสามารถขยายออกไปสู่แสงล้านปีข้างนอกนั้นได้รับการตั้งชื่อดังกล่าวเพราะวัสดุในพวกมันถูกเร่งความเร็วให้เป็นเศษเสี้ยวของความเร็วแสง ในขณะที่เครื่องบินไอพ่นเหล่านี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ แต่ฉันทามติในปัจจุบันก็คือพวกเขาผลิตโดย“ เอฟเฟกต์มอเตอร์” ซึ่งเกิดจาก SMBH ที่หมุนอย่างรวดเร็ว
ตัวอย่างที่ดีของกาแลคซีที่เคลื่อนไหวด้วยเจ็ทที่เกี่ยวข้องคือ Messier 87 (aka. Virgo A) ซึ่งเป็นกาแลคซียักษ์ใหญ่ตั้งอยู่ในทิศทางของกลุ่มดาวราศีกันย์ กาแลคซีนี้เป็นกาแลคซีที่แอคทีฟอยู่ใกล้โลกมากที่สุดและเป็นหนึ่งในกาแลคซีที่ดีที่สุด ค้นพบครั้งแรกในปี 1781 โดย Charles Messier (ผู้เข้าใจผิดว่าเป็นเนบิวลา) มันได้รับการศึกษาอย่างสม่ำเสมอนับตั้งแต่ ในปี 1918 เจ็ทออพติคัลกลายเป็นสิ่งแรกที่สังเกตได้
ด้วยความใกล้ชิดของมันนักดาราศาสตร์จึงสามารถศึกษาเจ็ตของ Messier 87 ได้อย่างพิถีพิถัน - ทำการแมปโครงสร้างและความเร็วพลาสมาและการวัดอุณหภูมิและความหนาแน่นของอนุภาคใกล้กับลำธารของเจ็ท ขอบเขตของเจ็ทได้รับการศึกษาอย่างละเอียดซึ่งนักวิจัยค้นพบว่ามันเหมือนกันตามความยาวของมันและเปลี่ยนรูปร่างให้ยาวขึ้น (จากรูปโค้งเป็นรูปโค้ง)
การสำรวจทั้งหมดเหล่านี้ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถทดสอบสมมติฐานเกี่ยวกับโครงสร้างของกาแลคซีที่กำลังทำงานและความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเจ็ทและอิทธิพลของหลุมดำในนิวเคลียสกาแลคซี ในกรณีนี้ทีมวิจัยระหว่างประเทศใช้ประโยชน์จากความสัมพันธ์นี้และเพื่อตรวจสอบมวลของ M87s SMBH
ทีมยังต้องอาศัยแบบจำลองทางทฤษฎีที่ทำนายการแตกของเจ็ทซึ่งอนุญาตให้พวกเขาสร้างแบบจำลองที่มวลของ SMBH จะทำซ้ำรูปทรงของเจ็ท M87 ได้อย่างแม่นยำ ด้วยการวัดความกว้างของเจ็ทและระยะห่างระหว่างแกนกลางและรูปร่างที่แตกของพวกเขาพวกเขายังพบว่าขอบเขตเจ็ตของ M87 นั้นประกอบด้วยสองส่วนด้วยสองส่วนที่โค้งมน
ในท้ายที่สุดการรวมกันของแบบจำลองเชิงทฤษฎีการสังเกตและการคำนวณทางคอมพิวเตอร์ทำให้ทีมได้รับการวัดทางอ้อมของมวลและอัตราการหมุนของหลุมดำ การศึกษาครั้งนี้ไม่เพียง แต่จะให้แบบจำลองใหม่สำหรับการประมาณหลุมดำและวิธีการวัดแบบใหม่สำหรับเจ็ตส์ แต่ยังยืนยันสมมติฐานที่อ้างอิงโครงสร้างของเจ็ตส์
โดยพื้นฐานแล้วผลลัพธ์ของทีมอธิบายว่าเจ็ทนั้นเป็นของเหลวที่ไหลของแม่เหล็กซึ่งรูปร่างจะถูกกำหนดโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในนั้น ในทางกลับกันสิ่งนี้ขึ้นอยู่กับความเร็วและประจุของอนุภาคเจ็ตกระแสไฟฟ้าภายในเจ็ทและอัตราที่ SMBH สะสมมาจากดิสก์รอบ ๆ
การทำงานร่วมกันระหว่างปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้คือสิ่งที่ก่อให้เกิดการแตกที่สังเกตเห็นในรูปของเจ็ทซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อประเมินมวลของ SMBH และความเร็วในการหมุน Elena Nokhrina รองหัวหน้าห้องปฏิบัติการ MIPT ที่เกี่ยวข้องในการศึกษาและผู้เขียนหลักในรายงานของทีมอธิบายวิธีการที่พวกเขาพัฒนาด้วยวิธีดังต่อไปนี้:
“ วิธีการใหม่ที่เป็นอิสระในการประมาณมวลและการหมุนของหลุมดำเป็นผลมาจากการทำงานของเรา แม้ว่าความแม่นยำของมันจะเทียบเท่ากับวิธีการที่มีอยู่เดิม แต่ก็มีข้อได้เปรียบที่ทำให้เราใกล้เคียงกับเป้าหมายสุดท้าย คือการปรับแต่งพารามิเตอร์ของแกนมอเตอร์เพื่อให้เข้าใจธรรมชาติของมันได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น
ด้วยความพร้อมของเครื่องมือที่มีความซับซ้อนสำหรับการศึกษา SMBHs (เช่นกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์) และกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นต่อไปที่จะเปิดใช้งานในไม่ช้ามันจะไม่ใช้เวลานานสำหรับการทดสอบรูปแบบใหม่นี้อย่างละเอียด ผู้สมัครที่ดีคือราศีธนู A * ซึ่งเป็น SMBH ที่ใจกลางกาแลคซีของเราซึ่งคาดว่าจะอยู่ระหว่าง 3.5 ล้าน 4.7 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์
นอกเหนือจากการวางข้อ จำกัด ที่แม่นยำมากขึ้นกับมวลนี้การสำรวจในอนาคตยังสามารถกำหนดได้ว่านิวเคลียสของกาแลคซีของเรานั้นทำงานอยู่หรือเปล่า ความลึกลับของหลุมดำเหล่านี้และอื่น ๆ รออยู่!
