Масса черной дыры M87* по движению звезд оценена в 5,38 млрд масс Солнца по данным «Уэбба» и Кека

Группа под руководством Эмили Липолд (Emily R. Liepold) из Калифорнийского университета (США) оценила массу сверхмассивной черной дыры M87* по движению окружающих звезд. По данным Naked Science, она составила 5,38 миллиарда масс Солнца, что примерно на миллиард меньше первых оценок по размеру кольца на снимке naked-science.ruNaked Sciencenaked-science.ruОткрыть источник ↗. M87* расположена в центре эллиптической галактики Messier 87 примерно в 55 миллионах световых лет от Земли. Результаты опубликованы на сервере препринтов arXiv.org.

Как массу оценивали раньше

В 2019 году «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT) получил изображение: яркое кольцо излучающего вещества вокруг темной области, связанной с тенью черной дыры. По размеру кольца массу оценили примерно в 6,5 миллиарда масс Солнца. Более поздний анализ наблюдений 2017 и 2018 годов дал около 6,16 миллиарда.

Другой способ основан на гравитации, которая влияет на орбиты звезд: чем ближе звезда к центру галактики, тем заметнее воздействие черной дыры. Измерив скорости множества звезд и построив модель их движения, можно рассчитать массу, необходимую для такого гравитационного поля.

Данные и моделирование

Исследователи объединили данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» и обсерватории Кека. «Уэбб» позволил изучить звезды на расстояниях около 33 световых лет от центра M87, Кек — до 32 600 световых лет, так что масштабы различаются в тысячи раз naked-science.ruNaked Sciencenaked-science.ruОткрыть источник ↗. В спектрах «Уэбба» были периодические искажения, поэтому авторы разработали алгоритм очистки данных. Ближе к центру разброс скоростей достигает примерно 500 километров в секунду.

Затем построили компьютерные модели галактики, учитывающие гравитацию, массу звезд, темную материю и сложную трехмерную форму M87*. Для сравнения с наблюдениями использовали почти пять тысяч измерений движения звезд в 618 участках галактики.

Статистическая погрешность оценки — плюс-минус 130 миллионов масс Солнца. Дополнительная неопределенность, связанная с расстоянием до галактики, — 220 миллионов. Результат согласуется с прежней оценкой по движению звезд, а возможные неточности измерений сократились в два–три раза.

Новые данные не опровергают прежние оценки: с учетом погрешностей оба способа дают близкие результаты. Предполагается, что уточненная масса поможет изучить вращение черной дыры и поведение раскаленного газа вокруг нее.