Analiza 3D zbulon galaktikën asimetrike dhe vrimën e zezë masive

Studiuesit kanë zbuluar se galaktika M87, që më parë mendohej të ishte simetrike, është në të vërtetë asimetrike. Ata përcaktuan se vrima e saj e zezë supermasive ka një masë prej 5.37 miliardë herë më të madhe se ajo e diellit, gjë që mund t’i ndihmojë ata të mësojnë rreth rrotullimit të vrimës së zezë.

E parë nga Toka, galaktika gjigante eliptike M87 është vetëm një njollë dydimensionale, megjithëse duket krejtësisht simetrike dhe kështu një objektiv i preferuar i astronomëve amatorë.

Megjithatë, një analizë e re, shumë e detajuar e lëvizjes së yjeve rreth vrimës së saj të zezë supermasive qendrore – vrima e parë e zezë që u fotografua nga Teleskopi i Horizontit të Ngjarjeve (EHT) në 2019 – zbulon se nuk është aq e përsosur sa duket.

Në fakt, M87 është shumë asimetrike, si një patate ruse. Boshti më i shkurtër i galaktikës është rreth tre të katërtat (72.2%) të gjatësisë së boshtit të saj të gjatë, ndërsa boshti i ndërmjetëm është rreth shtatë të tetat (84.5%) të boshtit të gjatë.

Duke e ditur këtë, Universiteti i Kalifornisë, Berkeley, astronomët ishin në gjendje të përcaktonin masën e vrimës së zezë supermasive në bërthamën e galaktikës me një saktësi të lartë, duke e vlerësuar atë në 5.37 miliardë herë masën e diellit. Për krahasim, Rruga jonë e Qumështit ka në qendër të saj një vrimë të zezë masive vetëm 4 milionë herë më të madhe se masa e diellit.

Ata gjithashtu ishin në gjendje të masin rrotullimin e galaktikës, e cila është një 25 kilometra në sekondë relativisht e qetë. Interesante, ajo nuk po rrotullohet rreth asnjë prej boshteve kryesore të galaktikës, por përkundrazi rreth një boshti që është 40 gradë larg nga boshti i gjatë i imazhit të tij 2D, siç vëzhgohet nga Teleskopi Hapësinor Hubble.

Rindërtimi stereo i galaktikës M87 dhe shifra më e saktë për masën e vrimës së zezë qendrore mund t’i ndihmojë astrofizikantët të mësojnë për një karakteristikë të vrimës së zezë që nuk kanë pasur asnjë mënyrë për ta përcaktuar më parë për ndonjë vrimë të zezë: rrotullimin e saj.

“Tani që ne e dimë drejtimin e rrotullimit neto të yjeve në M87 dhe kemi një masë të përditësuar të vrimës së zezë, ne mund ta kombinojmë këtë informacion me të dhënat e mahnitshme nga ekipi EHT për të kufizuar rrotullimin,” tha Chung-Pei Ma. një profesor i astronomisë dhe fizikës në UC Berkeley, i cili drejtoi ekipin kërkimor. “Kjo mund të tregojë drejt një drejtimi dhe gamë të caktuar rrotullimi për vrimën e zezë, e cila do të ishte e jashtëzakonshme. Ne po punojmë për këtë.”

Analiza të mëtejshme për të përcaktuar formën e vërtetë të galaktikave gjigante eliptike – galaktikat me vrimat e zeza më të mëdha në bërthamën e tyre – do t’i ndihmojnë astronomët të kuptojnë më mirë se si formohen galaktikat e mëdha dhe vrimat e zeza të mëdha dhe mund t’i ndihmojnë astronomët të interpretojnë më mirë sinjalet e valëve gravitacionale. Ma drejton një studim afatgjatë të vrimave të zeza supermasive që quhet MASIVE.

Ndërsa galaktikat spirale priren të jenë të vogla, të rrotullohen shpejt dhe të kenë një formë petullash të njohur mirë, galaktikat gjigante eliptike rrotullohen ngadalë dhe kanë një pamje të mprehtë, forma e tyre 3D është e vështirë për t’u dalluar. Ashtu si M87, galaktika më e madhe në grupin masiv të galaktikave të Virgjëreshës, galaktikat gjigante eliptike janë rritur nga bashkimi i shumë galaktikave të tjera. Kjo ka të ngjarë të jetë arsyeja pse vrima e zezë qendrore e M87 është kaq e madhe – ajo asimiloi vrimat e zeza qendrore të të gjitha galaktikave që gëlltiti. Në total, galaktika përmban rreth 100 miliardë yje, 10 herë më të mëdhenj se Rruga e Qumështit.

Ma, studente e diplomuar në UC Berkeley dhe autorja kryesore Emily Liepold dhe Jonelle Walsh në Universitetin A&M të Teksasit në College Station ishin në gjendje të përcaktojnë formën 3D të M87 falë një instrumenti relativisht të ri precizion të montuar në teleskopin Keck II, një nga 10 binjakët. Teleskopët me metra Keck në majë të Mauna Kea, një vullkan në Hawai’i. I quajtur Keck Cosmic Web Imager (KCWI), spektrometri integral i fushës i lejoi Ma dhe ekipit të saj të masin spektrat e yjeve në qendër të galaktikës.

Ata e drejtuan teleskopin në 62 vende ngjitur në galaktikë, duke mbuluar plotësisht një rajon rreth 70,000 vite dritë të gjerë dhe regjistruan spektrat e yjeve brenda atij rajoni. Vëzhgimet përfshijnë rajonin qendror – rreth 3000 vite dritë – ku graviteti dominohet kryesisht nga vrima e zezë supermasive, si dhe pjesa e jashtme e dominuar nga materia e errët. Megjithëse teleskopi nuk mund të zgjidhë yje individualë – M87 ndodhet rreth 53 milionë vite dritë nga Toka – spektri mund të zbulojë gamën e shpejtësive brenda çdo piksel të çdo imazhi, informacion të mjaftueshëm për të llogaritur masën gravitacionale që ata po rrotullohen.

“Është njësoj si të shikosh një tufë prej 100 miliardë bletësh që po qarkullojnë në orbitat e tyre të lumtura”, tha Ma, Profesorja Judy Chandler Webb në Shkencat Fizike. “Megjithëse ne i shikojmë ato nga një distancë dhe nuk mund t’i dallojmë bletët individuale, ne po marrim informacion shumë të detajuar në lidhje me shpejtësitë e tyre kolektive. Është me të vërtetë ndjeshmëria e shkëlqyer e këtij spektrografi që na lejoi të hartonim M87 kaq gjithëpërfshirëse.”

Kjo është hera e parë që KCWI është përdorur për të rindërtuar gjeometrinë e një galaktike të largët dhe M87 është një nga vetëm një pjesë e vogël e galaktikave gjigante eliptike, struktura 3D e të cilave është përcaktuar. Ekipi i Ma kishte përcaktuar më parë strukturën 3D të dy galaktikave të tjera gjigante eliptike, NGC 1453 dhe NGC 2693, që të dyja strehojnë vrima të zeza më të vogla se M87.

Studiuesit morën të dhënat e marra gjatë katër netëve të vëzhgimeve në Keck midis 2020 dhe 2022, së bashku me të dhënat e mëparshme fotometrike për M87 nga Teleskopi Hapësinor Hubble i NASA-s, dhe i krahasuan me parashikimet e modelit kompjuterik se si yjet lëvizin rreth qendrës së një galaktike triaksiale. Përshtatja më e mirë me të dhënat – raportet boshtore prej 1 deri në 0,84 deri në 0,72 – më pas i lejoi ata të llogarisin masën e vrimës së zezë.

“Të dhënat e Keck janë aq të mira sa ne mund të masim formën e brendshme të M87 së bashku me vrimën e zezë në të njëjtën kohë,” tha Ma. “Ne bëmë matjen e parë të formës aktuale 3D të galaktikës. Dhe meqenëse lejuam që tufa e bletëve të kishte një formë më të përgjithshme sesa thjesht një sferë ose disk, ne kemi një matje dinamike më të fuqishme të masës së vrimës së zezë qendrore që rregullon shpejtësinë e orbitës së bletëve.

Autorët ia kushtuan dorëshkrimin e tyre astronomit të ndjerë Wallace “Wal” Sargent, i cili së pari sugjeroi që një vrimë e zezë supermasive fshihej në qendër të M87 dhe llogariti masën e saj të ishte rreth 5 miliardë masa diellore.

“Numri i tij është një ndërthurje me shiritat tanë të gabimeve, gjë që është shumë interesante për t’u parë pas dekadash punë,” tha Ma, e cila i jep kredi Sargentit si mentore kur ajo ishte një studente postdoktorale në Institutin e Teknologjisë në Kaliforni.

Vlerësimi i mëparshëm i masës së vrimës së zezë supermasive në M87, i publikuar në vitin 2011, u bazua në një analizë të ngjashme të lëvizjes dinamike të yjeve rreth vrimës së zezë, megjithëse ai studim supozoi se galaktika ishte bosht-simetrike. Numri, 6.14 miliardë masa diellore, është brenda shiritave të gabimit të vlerësimit të ri, më të saktë. Gjatë imazhit të vrimës së zezë katër vjet më parë, shkencëtarët EHT vlerësuan se masa e vrimës së zezë ishte 6.5 miliardë masa diellore, 21% më e lartë se numri i ri.

Është interesante se materia e errët brenda vëllimit të galaktikës që ata analizuan është shumë më e lartë se ajo e vrimës së zezë – rreth 388 miliardë masa diellore, ose 67% e të gjithë masës së M87. Megjithëse identiteti i materies së errët është ende një mister, ajo përbën rreth 85% të masës së universit.