นักดาราศาสตร์ระบุว่าหลุมดำที่ใจกลางกาแลคซี M87 นั้นมีขนาดใหญ่อย่างน้อยสองเท่าตามที่เคยคิดไว้เมื่อใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ใหม่ การชั่งน้ำหนักที่ 6.4 พันล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์เป็นหลุมดำที่ใหญ่ที่สุดที่ยังไม่ได้วัดและแบบจำลองใหม่นี้เสนอว่ามวลหลุมดำที่ยอมรับในกาแลคซีใกล้เคียงขนาดใหญ่อื่นอาจถูกปิดโดยจำนวนที่คล้ายกัน สิ่งนี้มีผลตามมาสำหรับทฤษฎีที่ว่ากาแลคซีก่อตัวและเติบโตอย่างไรและอาจแก้ปัญหาความขัดแย้งทางดาราศาสตร์ที่ยาวนานมายาวนาน
นักดาราศาสตร์ Karl Gebhardt จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสในออสตินและ Jens Thomas จากสถาบัน Max Planck สำหรับฟิสิกส์นอกโลกได้ทำการค้นพบรายละเอียดในวันจันทร์ที่การประชุม American Astronomical Society ในพาซาดีนาแคลิฟอร์เนีย
เพื่อพยายามทำความเข้าใจว่ากาแลคซีก่อตัวและเติบโตอย่างไรนักดาราศาสตร์เริ่มต้นด้วยข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับกาแลคซีในวันนี้เช่นสิ่งที่พวกเขาสร้างขึ้นมาพวกมันใหญ่แค่ไหนและมีน้ำหนักเท่าไหร่ นักดาราศาสตร์วัดกาแลคซีมวลหมู่สุดท้ายโดยการตอกบัตรด้วยความเร็วของดาวฤกษ์ที่โคจรอยู่ภายในกาแลคซี
โทมัสกล่าวว่าการศึกษามวลรวมนั้นมีความสำคัญ แต่“ จุดสำคัญคือการตรวจสอบว่ามวลอยู่ในหลุมดำดาวหรือรัศมีมืด คุณต้องเรียกใช้โมเดลที่มีความซับซ้อนเพื่อให้สามารถค้นพบสิ่งที่เป็น ยิ่งคุณมีส่วนประกอบมากเท่าไหร่ก็ยิ่งมีความซับซ้อนมากขึ้นเท่านั้น”
ในการสร้างแบบจำลอง M87, Gebhardt และ Thomas ใช้หนึ่งในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลกคือระบบ Lonestar ที่ The University of Texas ที่ Texas Advanced Computing Center ของ Austin Lonestar เป็นคลัสเตอร์ Dell Linux ที่มีแกนประมวลผล 5,840 คอร์และสามารถใช้งานจุดลอยตัว 62 ล้านล้านจุดต่อวินาที (คอมพิวเตอร์แล็ปท็อปที่ติดอันดับยอดนิยมในปัจจุบันมีสองคอร์และสามารถทำงานได้ถึง 10,000 ล้านจุดต่อวินาที)
แบบจำลองของ Gebhardt and Jens ของ M87 นั้นซับซ้อนกว่ากาแลคซีรุ่นก่อน ๆ เนื่องจากนอกเหนือจากการสร้างแบบจำลองดาวฤกษ์และหลุมดำของมันแล้วยังคำนึงถึงกาแล็กซี“ dark halo” ซึ่งเป็นพื้นที่กลมที่ล้อมรอบกาแลคซี โครงสร้างที่มองเห็นได้ซึ่งมี "สสารมืด" ของกาแลคซีลึกลับ
“ ในอดีตเราถือว่าฮาโลมืดนั้นมีความสำคัญอยู่เสมอ แต่เราไม่มีทรัพยากรคอมพิวเตอร์ในการสำรวจเช่นกัน” Gebhardt กล่าว “ เราสามารถใช้ดาวและหลุมดำมาก่อนเท่านั้น เมื่อเข้าไปในรัศมีมืดมันก็กลายเป็นค่าใช้จ่ายที่สูงเกินไปคุณต้องไปที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์”
ผลลัพธ์ Lonestar นั้นมีมวลสำหรับหลุมดำของ M87 หลายต่อหลายครั้งที่รุ่นก่อนหน้านี้พบ “ เราไม่ได้คาดหวังเลย” เกบฮาร์ดกล่าว เขาและเจนส์ต้องการทดสอบแบบจำลองของพวกเขาใน“ กาแลคซีที่สำคัญที่สุดที่นั่น” เขากล่าว
M87 เป็นหนึ่งในกาแลคซีแห่งแรกที่มีขนาดใหญ่และอยู่ใกล้เคียงอย่างสะดวกสบาย (ในแง่ดาราศาสตร์) หนึ่งในกาแลคซีแห่งแรกที่แนะนำให้ปิดบังหลุมดำกลางเกือบสามทศวรรษ นอกจากนี้ยังมีการยิงเจ็ตที่กระพริบออกมาจากแกนกลางของกาแลคซีเนื่องจากสสารหมุนวนเข้าใกล้หลุมดำมากขึ้นทำให้นักดาราศาสตร์ศึกษากระบวนการที่หลุมดำดึงดูดสสาร ปัจจัยเหล่านี้ทำให้ M87 เป็น“ จุดยึดสำหรับการศึกษาหลุมดำมวลมหาศาล” เกบฮาร์ดกล่าว
ผลลัพธ์ใหม่สำหรับ M87 พร้อมด้วยคำแนะนำจากการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้และการสังเกตการณ์กล้องโทรทรรศน์ล่าสุดของเขา (สิ่งพิมพ์เพื่อเตรียมการ) ทำให้เขาสงสัยว่าหลุมดำทั้งหมดในกาแลคซีขนาดใหญ่ส่วนใหญ่ประเมินต่ำเกินไป
ข้อสรุปนั้น“ เป็นสิ่งสำคัญสำหรับหลุมดำที่เกี่ยวข้องกับกาแลคซี” โทมัสกล่าว “ ถ้าคุณเปลี่ยนมวลของหลุมดำคุณเปลี่ยนวิธีที่หลุมดำเกี่ยวข้องกับกาแลคซี” มีความสัมพันธ์ที่แน่นแฟ้นระหว่างกาแลคซีและหลุมดำของกาแล็กซี่ซึ่งทำให้นักวิจัยสามารถตรวจสอบฟิสิกส์ของกาแลคซีที่เติบโตในช่วงเวลาของจักรวาลได้อย่างไร การเพิ่มมวลหลุมดำในกาแลคซีที่มีขนาดใหญ่ที่สุดจะทำให้ความสัมพันธ์นี้ถูกประเมินใหม่
มวลที่มากขึ้นสำหรับหลุมดำในกาแลคซีใกล้เคียงก็สามารถแก้ปัญหาความขัดแย้งเกี่ยวกับมวลของควาซาร์ - หลุมดำที่ใช้งานได้ที่ใจกลางกาแลคซีไกลโพ้นมากซึ่งเห็นได้ในช่วงเวลาก่อนหน้านี้ของจักรวาล ควาซาร์ส่องแสงอย่างสว่างไสวตามที่วัตถุหมุนวนอยู่ปล่อยรังสีจำนวนมากก่อนข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ (ภูมิภาคที่ไม่มีสิ่งใดนอกจากแสง - จะหนีรอดได้)
“ มีปัญหาอันยาวนานในมวลหลุมดำควาซาร์นั้นมีขนาดใหญ่มาก - มวลดวงอาทิตย์ถึง 10,000 ล้านดวง” เกบฮาร์ดกล่าว “ แต่ในกาแลคซีท้องถิ่นเราไม่เคยเห็นหลุมดำขนาดมหึมาเลยแม้แต่น้อย ความสงสัยอยู่ก่อนหน้าว่ามวลควาซาร์นั้นผิด "เขากล่าว แต่“ ถ้าเราเพิ่มมวล M87 สองหรือสามครั้งปัญหาเกือบจะหายไป”
บทสรุปของวันนี้มีพื้นฐานมาจากแบบจำลอง แต่ Gebhardt ยังได้ทำการสังเกตการณ์กล้องโทรทรรศน์ใหม่ของ M87 และกาแลคซีอื่น ๆ โดยใช้เครื่องมืออันทรงพลังใหม่ในกล้องโทรทรรศน์ Gemini North และกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากของหอดูดาวยุโรปใต้ เขากล่าวว่าข้อมูลเหล่านี้ซึ่งจะถูกส่งเพื่อเผยแพร่เร็ว ๆ นี้สนับสนุนข้อสรุปตามรูปแบบปัจจุบันเกี่ยวกับมวลหลุมดำ
สำหรับการสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์ในอนาคตเกี่ยวกับกาแลคซีมืดกาแลคซี Gebhardt กล่าวว่าเครื่องมือที่ค่อนข้างใหม่ที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่หอดูดาวแมคโดนัลของออสตินนั้นสมบูรณ์แบบ “ หากคุณต้องการศึกษารัศมีเพื่อรับมวลหลุมดำไม่มีเครื่องมือใดที่ดีไปกว่า VIRUS-P” เขากล่าว เครื่องดนตรีเป็นสเปกโตรกราฟ มันแยกแสงจากวัตถุทางดาราศาสตร์ออกเป็นความยาวคลื่นขององค์ประกอบสร้างลายเซ็นที่สามารถอ่านเพื่อค้นหาระยะทางของวัตถุความเร็วการเคลื่อนที่อุณหภูมิและอื่น ๆ
VIRUS-P นั้นดีสำหรับการศึกษาในรัศมีเนื่องจากมันสามารถตรวจสเปกตรัมได้ทั่วพื้นที่ขนาดใหญ่ของท้องฟ้าทำให้นักดาราศาสตร์สามารถเข้าถึงระดับแสงที่ต่ำมากในระยะทางไกลจากใจกลางกาแลคซีที่ซึ่งรัศมีมืดนั้นโดดเด่น มันเป็นเครื่องต้นแบบที่สร้างขึ้นเพื่อทดสอบเทคโนโลยีที่จะเข้าสู่ VIRUS Spectrograph ที่มีขนาดใหญ่กว่าสำหรับการทดลอง Dark Energy Telescope (HETDEX) ที่กำลังมาถึง
แหล่งที่มา: AAS, McDonald Observatory
