นับตั้งแต่การค้นพบราศีธนู A * ที่ใจกลางกาแลคซีของเรานักดาราศาสตร์ได้เข้าใจว่ากาแลคซีขนาดใหญ่ส่วนใหญ่มีหลุมดำมวลมหาศาล (SMBH) ที่ใจกลาง สิ่งเหล่านี้มีหลักฐานจากการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอันทรงพลังซึ่งผลิตขึ้นที่นิวเคลียสของกาแลคซีเหล่านี้ซึ่งรู้จักกันในนาม“ Active Galatic Nuclei” (AGN) ซึ่งเชื่อว่าเกิดจากก๊าซและฝุ่นบน SMBH
นักดาราศาสตร์ได้ศึกษาแสงที่มาจาก AGNs มานานหลายทศวรรษเพื่อตรวจสอบว่าหลุมดำขนาดใหญ่และใหญ่แค่ไหน นี่เป็นเรื่องยากเนื่องจากแสงนี้อยู่ภายใต้เอฟเฟกต์ Doppler ซึ่งทำให้เส้นสเปกตรัมของมันขยายออก แต่ด้วยรูปแบบใหม่ที่พัฒนาโดยนักวิจัยจากประเทศจีนและสหรัฐอเมริกานักดาราศาสตร์อาจจะสามารถศึกษาภูมิภาคของสายกว้าง (BLRs) เหล่านี้และทำการประเมินที่แม่นยำมากขึ้นเกี่ยวกับมวลของหลุมดำ
การศึกษา“ กระจัดกระจายกระจัดกระจายฝุ่นเป็นแหล่งกำเนิดของสายการปล่อยกว้างในนิวเคลียสกาแลคซีที่ใช้งานอยู่” เพิ่งปรากฏในวารสารวิทยาศาสตร์ ธรรมชาติ. การศึกษานำโดย Jian-Min Wang นักวิจัยจากสถาบันฟิสิกส์พลังงานสูง (IHEP) ที่ Academy of Sciences จีนด้วยความช่วยเหลือจากมหาวิทยาลัยไวโอมิงและมหาวิทยาลัยหนานจิง
ในการทำลายมัน SMBHs เป็นที่รู้จักกันว่ามีพรูของก๊าซและฝุ่นที่ล้อมรอบพวกมัน แรงโน้มถ่วงของหลุมดำเร่งก๊าซในพรูนี้ให้เป็นความเร็วหลายพันกิโลเมตรต่อวินาทีซึ่งทำให้มันร้อนและปล่อยรังสีในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน ในที่สุดพลังงานนี้จะแผ่ออกไปทั่วทั้งกาแลคซีโดยรอบซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถกำหนดสถานะของ SMBH ได้
ในฐานะที่เป็น Michael Brotherton ศาสตราจารย์ UW ในภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์และผู้ร่วมงานวิจัยได้อธิบายในการแถลงข่าว UW:
“ คนคิดว่า ‘มันเป็นหลุมดำ ทำไมมันจึงสดใส ’หลุมดำยังมืดอยู่ แผ่นดิสก์จะมีอุณหภูมิสูงเช่นที่พวกมันดับรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งรวมถึงรังสีแกมม่ารังสีเอกซ์รังสี UV รังสีอินฟราเรดและคลื่นวิทยุ หลุมดำและแก๊สที่อยู่รอบ ๆ หลุมดำกำลังกินอยู่นั้นเป็นเชื้อเพลิงที่เปลี่ยนเป็นควาซาร์”
ปัญหาในการสังเกตบริเวณที่สว่างเหล่านี้มาจากความจริงที่ว่าก๊าซภายในนั้นกำลังเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วในทิศทางที่ต่างกัน ในขณะที่ก๊าซเคลื่อนตัวออกไป (สัมพันธ์กับเรา) จะถูกเปลี่ยนเป็นสีแดงของสเปกตรัมก๊าซที่เคลื่อนเข้าหาเราจะถูกเปลี่ยนเป็นสีฟ้า นี่คือสิ่งที่นำไปสู่ภูมิภาคสายกว้างที่สเปกตรัมของแสงที่ปล่อยออกมาเป็นเหมือนเกลียวทำให้การอ่านที่แม่นยำนั้นยากที่จะได้รับ
ปัจจุบันการตรวจวัดมวลของ SMBHs ในนิวเคลียสกาแลคซีที่ใช้งานอยู่นั้นอาศัย“ เทคนิคการทำแผนที่เสียงก้อง” ในระยะสั้นนี้เกี่ยวข้องกับการใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อตรวจสอบเส้นสเปกตรัมสมมาตรของ BLR และการวัดความล่าช้าระหว่างพวกเขา เชื่อกันว่าเส้นเหล่านี้เกิดขึ้นจากก๊าซที่ถูกถ่ายภาพโดยแรงโน้มถ่วงของ SMBH
อย่างไรก็ตามเนื่องจากมีความเข้าใจเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับสายการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในวงกว้างและส่วนประกอบต่าง ๆ ของ BLRs วิธีการนี้ทำให้เกิดความไม่แน่นอนระหว่าง 200 ถึง 300% “ เราพยายามหาคำถามที่มีรายละเอียดมากขึ้นเกี่ยวกับภูมิภาคที่มีสเปกตรัมกว้างซึ่งมีสเปกตรัมซึ่งช่วยให้เราสามารถวินิจฉัยมวลหลุมดำได้” บราเดอร์ตันกล่าว “ ผู้คนไม่ทราบว่าภูมิภาคสายการปล่อยก๊าซเรือนกระจกกว้างเหล่านี้มาจากไหนหรือเป็นลักษณะของก๊าซนี้”
ในทางตรงกันข้ามทีมที่นำโดยดร. วังได้นำคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ที่พิจารณาพลวัตของพรูแก๊สรอบ SMBH พรูนี้พวกเขาสันนิษฐานว่าน่าจะประกอบด้วยกลุ่มของสสารที่แยกออกจากกันซึ่งจะถูกรบกวนโดยหลุมดำเป็นผลทำให้เกิดก๊าซบางส่วนไหลเข้ามา
จากนี้พวกเขาพบว่าสายการปล่อยก๊าซใน BLR นั้นขึ้นอยู่กับลักษณะสามอย่างคือ "ความไม่สมดุล" "รูปร่าง" และ "การเปลี่ยนแปลง" หลังจากตรวจสอบสายการปล่อยมลพิษต่าง ๆ - ทั้งแบบสมมาตรและแบบอสมมาตร - พวกเขาพบว่าลักษณะทั้งสามนี้ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของกระจุกก๊าซซึ่งพวกมันตีความว่าเป็นผลมาจากมุมของการเคลื่อนที่ภายในพรู หรืออย่างที่ดร. บราเธอร์ตันกล่าวไว้
“ สิ่งที่เราเสนอให้เกิดขึ้นคือกลุ่มก้อนฝุ่นกำลังเคลื่อนที่ บางชนเข้าด้วยกันและผสานและเปลี่ยนความเร็ว บางทีพวกเขาอาจย้ายไปที่ควาซาร์ที่หลุมดำอาศัยอยู่ กระจุกบางส่วนหมุนมาจากบริเวณเส้นกว้าง บ้างก็โดนไล่ออก”
ในท้ายที่สุดโมเดลใหม่ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่ากระจัดกระจายกระจัดกระจายของสสารจากหลุมดำพรูอาจเป็นตัวแทนของแหล่งที่มาของก๊าซ BLR เมื่อเปรียบเทียบกับรุ่นก่อนหน้านี้สิ่งที่คิดค้นโดยดร. วังและเพื่อนร่วมงานของเขาสร้างการเชื่อมต่อระหว่างกระบวนการหลักและส่วนประกอบต่าง ๆ ในบริเวณใกล้เคียงของ SMBH เหล่านี้รวมถึงการให้อาหารของหลุมดำแหล่งที่มาของก๊าซ photoionized และพรูเต็มไปด้วยฝุ่นของตัวเอง
แม้ว่าการวิจัยนี้จะไม่สามารถไขความลึกลับทั้งหมดที่อยู่รอบ ๆ AGN ได้ แต่มันเป็นขั้นตอนสำคัญในการได้รับการประมาณค่ามวลที่แม่นยำของ SMBH ตามเส้นสเปกตรัมของพวกมัน จากสิ่งเหล่านี้นักดาราศาสตร์สามารถระบุได้อย่างแม่นยำมากขึ้นว่าหลุมดำเหล่านี้มีบทบาทอย่างไรในวิวัฒนาการของกาแลคซีขนาดใหญ่
การศึกษานี้เกิดขึ้นได้ด้วยการสนับสนุนจากโครงการหลักแห่งชาติเพื่อการวิจัยและพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีและโครงการวิจัยหลักของ Frontier Sciences ซึ่งทั้งสองอย่างนี้บริหารงานโดย Chinese Academy of Sciences
