"Este buraco negro, embora individualmente enorme, representa menos de um por cento da massa de todas as estrelas na galáxia", observa Aaron Barth, astrônomo da Universidade da Califórnia, Irvine. "A maior parte da massa de uma galáxia é na forma de matéria escura e as estrelas, e na escala de uma galáxia inteira, mesmo um buraco negro gigante é apenas um minúsculo ponto no centro. A chave para detectar a influência do buraco negro é para observar o movimento orbital em escalas tão pequenas que a força gravitacional do buraco negro é a força dominante ". Esta observação é a primeira demonstração dessa capacidade de ALMA.
buracos negros supermassivos, alguns pesando milhões a bilhões de vezes a massa do Sol, dominam os centros das galáxias anfitriãs. Para determinar a massa real de um buraco negro supermassivo, os astrônomos devem medir a força de sua atração gravitacional nas estrelas e nuvens de gás que pululam em torno dele.
Usando o Large Millimeter matriz Atacama / submillimeter (ALMA), uma equipe de astrônomos já mergulhou notavelmente profundamente no coração de uma galáxia próxima elíptica para estudar o movimento de um disco de gás frio interestelar que circunda o buraco negro supermassivo em seu centro. Estas observações fornecem uma das medições de massa mais precisos até à data para um buraco negro fora da nossa galáxia, ajudando definir a escala para estes gigantes cósmicos.
Para obter este resultado, Barth, autor principal do artigo publicado noAstrophysical Journal Letters , e sua equipe usaram ALMA para medir a velocidade do gás monóxido de carbono em órbita ao redor do buraco negro no centro da NGC 1332, uma galáxia elíptica enorme aproximadamente 73 milhões de anos-luz da Terra, na direção da constelação Eridanus sul.
"Medir a massa de um buraco negro com precisão é muito desafiador, mesmo com os mais poderosos telescópios na Terra ou no espaço", disse Barth. "ALMA tem a capacidade revolucionária para observar discos de gás frio em torno de buracos negros supermassivos em escalas pequenas o suficiente para que possamos distinguir claramente a influência do buraco negro na velocidade de rotação do disco."
As observações ALMA revelam detalhes da estrutura do disco na ordem de 16 anos-luz de diâmetro. Eles também medem a rotação do disco bem dentro estimado o raio da "esfera de influência" do buraco negro de 80 anos-luz - a região onde a gravidade do buraco negro é dominante.
Perto do centro do disco, ALMA observado o gás viajando a mais de 500 quilômetros por segundo. Ao comparar esses dados com simulações, os astrônomos calcularam que o buraco negro no centro da NGC 1332 tem uma massa de 660 milhões de vezes maior do que o nosso Sol, mais ou menos dez por cento. Isso é cerca de 150 vezes a massa do buraco negro no centro da Via Láctea, mas ainda relativamente modesto em relação aos maiores buracos negros conhecidos de existir, que podem ser muitos milhares de milhões de massas solares.
observações fechar-nos do ALMA eram essenciais, observam os pesquisadores, para evitar confundir a medição buraco negro com a influência gravitacional de outro material - estrelas, nuvens de gás interestelar, e de matéria escura - que compreende a maior parte da massa total da galáxia.
A imagem combinada de NGC 1332 acima mostra o disco central de gás em torno do buraco negro supermassivo no centro da galáxia. A imagem principal é a partir da Pesquisa Galaxy Carnegie-Irvine. A caixa na parte superior esquerda é do telescópio espacial Hubble e mostra a região central da galáxia em luz infravermelha; o disco de poeira aparece como uma silhueta escura. A imagem ALMA, caixa superior direito, mostra a rotação do disco, permitindo que os astrônomos para calcular sua massa. A região vermelha na imagem ALMA representa emissão que tenha sido redshifted por gás girando para longe de nós;o azul representa emissão de azul-deslocada pelo gás girando em nossa direção.A gama de cores representa velocidades de rotação de até 500 quilômetros por segundo.
Astrônomos usam várias técnicas para medir a massa dos buracos negros. Todos eles, no entanto, dependem de rastreamento do movimento dos objetos o mais próximo do buraco negro quanto possível. Na Via Láctea, poderosos telescópios terrestres usando óptica adaptativa pode imagem individuais estrelas perto do centro galáctico e precisamente acompanhar suas trajetórias ao longo do tempo.Embora notavelmente precisas, esta técnica só é viável dentro de nossa própria galáxia; outras galáxias estão muito distantes para distinguir o movimento das estrelas individuais.
Para fazer medições semelhantes em outras galáxias, os astrônomos quer examinar o movimento total de estrelas na região central de uma galáxia, ou rastrear o movimento dos discos de gás e mega-maser - fontes de rádio cósmicos naturais.
Estudos anteriores de NGC 1332 com telescópios subterrâneas e espaciais deu estimativas muito diferentes para a massa deste buraco negro, variando de 500 milhões para 1,5 mil milhões de vezes a massa do Sol
Os novos dados ALMA confirmar que as estimativas mais baixas são mais precisos. Fundamentalmente, as novas observações ALMA têm resolução maior do que qualquer das observações passadas. ALMA também detecta a emissão do mais denso componente, mais fria do disco, que está em um movimento circular notavelmente ordenada ao redor do buraco negro.
Muitas medições buraco negro últimos feitas com telescópios ópticos, incluindo o Telescópio Espacial Hubble, com foco na emissão do gás quente, ionizado orbitando nas regiões centrais das galáxias. discos ionizado a gás tendem a ser muito mais turbulento do que os discos frias, o que leva a reduzir a precisão na medição de massa de um buraco negro.
"ALMA pode mapear a rotação dos discos de gás nos centros de galáxias com resolução ainda mais acentuada do que o Telescópio Espacial Hubble", observou UCI estudante Benjamin Boizelle, um co-autor do estudo. "Esta observação demonstra uma técnica que pode ser aplicada a muitas outras galáxias para medir as massas dos buracos negros a precisão notável."
O Galaxy diário via National Radio Astronomy Observatory
Crédito da imagem: A. Barth (UCI), ALMA (NRAO / ESO / NAOJ); NASA / ESA Hubble; Carnegie-Irvine Inquérito Galaxy
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