Sejak penemuan Sagittarius A * di pusat galaksi kita, para astronom telah memahami bahawa kebanyakan galaksi besar mempunyai Lubang Hitam Supermasif (SMBH) pada intinya. Ini dibuktikan oleh pelepasan elektromagnetik yang kuat yang dihasilkan di inti galaksi-galaksi ini - yang dikenali sebagai "Nukleus Galatik Aktif" (AGN) - yang dipercayai disebabkan oleh gas dan debu yang masuk ke SMBH.
Selama beberapa dekad, para astronom telah mengkaji cahaya yang datang dari AGN untuk menentukan seberapa besar dan besarnya lubang hitam mereka. Ini sukar, kerana cahaya ini dikenakan kesan Doppler, yang menyebabkan garis spektrumnya melebar. Tetapi berkat model baru yang dikembangkan oleh penyelidik dari China dan AS, para astronom mungkin dapat mengkaji Kawasan Garis Luas (BLR) ini dan membuat anggaran yang lebih tepat mengenai jisim lubang hitam.
Kajian itu, "Pasang surut mengganggu gumpalan berdebu sebagai asal garis pelepasan luas dalam nukleus galaksi aktif", baru-baru ini muncul dalam jurnal ilmiah Alam semula jadi. Kajian ini diketuai oleh Jian-Min Wang, seorang penyelidik dari Institut Fizik Tenaga Tinggi (IHEP) di Akademi Sains China, dengan bantuan dari University of Wyoming dan University of Nanjing.
Untuk memecahkannya, SMBH terkenal kerana mempunyai torus gas dan habuk yang mengelilinginya. Graviti lubang hitam mempercepat gas dalam torus ini dengan kecepatan ribuan kilometer sesaat, yang menyebabkannya menjadi panas dan mengeluarkan radiasi pada jarak gelombang yang berbeza. Tenaga ini akhirnya mengalahkan seluruh galaksi di sekitarnya, yang memungkinkan para astronom menentukan kehadiran SMBH.
Seperti yang dijelaskan oleh Michael Brotherton, seorang profesor UW di Jabatan Fizik dan Astronomi dan pengarang bersama dalam kajian ini, dalam siaran akhbar UW:
"Orang berfikir," Ini lubang hitam. Mengapa begitu terang? 'Lubang hitam masih gelap. Cakera mencapai suhu yang tinggi sehingga mereka mengeluarkan radiasi di seluruh spektrum elektromagnetik, yang merangkumi sinar gamma, sinar-X, sinar UV, inframerah dan gelombang radio. Lubang hitam dan gas penambah sekitar lubang hitam yang dimakan adalah bahan bakar yang menghidupkan quasar. "
Masalah dengan memerhatikan kawasan terang ini berasal dari fakta bahawa gas di dalamnya bergerak dengan begitu cepat ke arah yang berbeza. Sedangkan gas yang bergerak jauh (relatif kepada kita) dialihkan ke arah ujung spektrum merah, gas yang bergerak ke arah kita dialihkan ke arah ujung biru. Inilah yang mengarah ke Kawasan Jalur Luas, di mana spektrum cahaya yang dipancarkan menjadi lebih seperti lingkaran, menjadikan bacaan yang tepat sukar diperoleh.
Pada masa ini, pengukuran jisim SMBH dalam inti galaksi aktif bergantung pada "teknik pemetaan reverberasi". Ringkasnya, ini melibatkan penggunaan model komputer untuk memeriksa garis spektrum simetri BLR dan mengukur kelewatan masa di antara mereka. Garis-garis ini dipercayai berasal dari gas yang telah difotionisasi oleh gaya graviti SMBH.
Walau bagaimanapun, kerana terdapat sedikit pemahaman mengenai garis pelepasan luas dan komponen BLR yang berbeza, kaedah ini menimbulkan beberapa ketidakpastian antara 200 hingga 300%. "Kami berusaha untuk mendapatkan pertanyaan yang lebih terperinci mengenai wilayah spektrum luas yang membantu kami mendiagnosis jisim lubang hitam," kata Brotherton. "Orang tidak tahu dari mana datangnya kawasan saluran pelepasan yang luas ini atau sifat gas ini."
Sebaliknya, pasukan yang diketuai oleh Dr. Wang menggunakan model komputer jenis baru yang mempertimbangkan dinamika torus gas yang mengelilingi SMBH. Torsi ini, menurut mereka, akan terdiri dari gumpalan materi yang diskrit yang akan terganggu oleh lubang hitam, mengakibatkan beberapa gas mengalir ke dalamnya (alias menetap di atasnya) dan beberapa dikeluarkan sebagai aliran keluar.
Dari ini, mereka mendapati bahawa garis pelepasan dalam BLR dikenakan tiga ciri - "asimetri", "bentuk" dan "pergeseran". Setelah meneliti pelbagai saluran pelepasan - simetri dan asimetris - mereka mendapati bahawa ketiga-tiga ciri ini sangat bergantung pada seberapa terang gumpalan gas, yang ditafsirkan sebagai hasil sudut pergerakan mereka di dalam torus. Atau seperti yang dikatakan oleh Dr. Brotherton:
"Apa yang kami sarankan berlaku adalah gumpalan berdebu ini bergerak. Ada yang saling berkelahi dan bergabung, dan mengubah halaju. Mungkin mereka berpindah ke quasar, tempat tinggal lubang hitam. Sebilangan gumpalan berputar dari kawasan garis luas. Ada yang diusir. "
Pada akhirnya, model baru mereka menunjukkan bahawa gumpalan jirim yang terganggu dari torus lubang hitam dapat mewakili sumber gas BLR. Dibandingkan dengan model sebelumnya, model yang dirancang oleh Dr. Wang dan rakannya menjalin hubungan antara proses dan komponen utama yang berlainan di sekitar SMBH. Ini termasuk memberi makan lubang hitam, sumber gas berfotionisasi, dan torus berdebu itu sendiri.
Walaupun penyelidikan ini tidak menyelesaikan semua misteri di sekitar AGN, ini adalah langkah penting untuk mendapatkan anggaran jisim SMBH yang tepat berdasarkan garis spektrumnya. Dari ini, ahli astronomi dapat dengan lebih tepat menentukan peranan lubang hitam ini dalam evolusi galaksi besar.
Kajian ini dimungkinkan berkat sokongan yang diberikan oleh Program Utama Nasional untuk Penyelidikan dan Pembangunan Sains dan Teknologi, dan Program Penyelidikan Utama Sains Sempadan, kedua-duanya ditadbir oleh Akademi Sains China.
