Войти
График зависимости массы черной дыры от дисперсии скоростей звезд в выпуклости галактики. Точки помечены названием галактики; все точки на этой диаграмме относятся к галактикам, у которых есть четкий кеплеровский подъем скорости около центра, указывающий на наличие центральной массы. Отношение M – σ показано синим цветом. М-сигма (или М - σ) соотношение является эмпирической корреляцией между звездной дисперсией скоростей сгом в виде галактики выпуклости и масса М сверхмассивной черной дыры в ее центре.
Отношение M - σ было впервые представлено в 1999 году на конференции в Институте астрофизики Парижа во Франции. Предложенная форма связи, которую назвали «законом Фабера – Джексона для черных дыр», была
где - масса Солнца. Публикация статьи в рецензируемом журнале двумя группами состоялась в следующем году. Одно из многих недавних исследований, основанных на растущей выборке опубликованных масс черных дыр в близлежащих галактиках, дает
Более ранние работы продемонстрировали взаимосвязь между светимостью галактик и массой черной дыры, которая в настоящее время имеет сопоставимый уровень рассеяния. Отношение M - σ обычно интерпретируется как подразумевающий некоторый источник механической обратной связи между ростом сверхмассивных черных дыр и ростом балджей галактик, хотя источник этой обратной связи все еще остается неясным.
Открытие связи M - σ было воспринято многими астрономами как предположение, что сверхмассивные черные дыры являются фундаментальными компонентами галактик. Примерно до 2000 года главной заботой было простое обнаружение черных дыр, а после этого интерес сменился пониманием роли сверхмассивных черных дыр как критического компонента галактик. Это привело к основным применениям отношения для оценки масс черных дыр в галактиках, которые слишком далеки для прямых измерений массы, и для анализа общего содержания черных дыр во Вселенной.
Плотность связи M - σ предполагает, что какая-то обратная связь действует для поддержания связи между массой черной дыры и дисперсией звездных скоростей, несмотря на такие процессы, как слияние галактик и аккреция газа, которые, как можно ожидать, увеличивают разброс со временем. Один из таких механизмов был предложен Джозефом Силком и Мартином Рисом в 1998 году. Эти авторы предложили модель, в которой сверхмассивные черные дыры сначала образуются в результате коллапса гигантских газовых облаков, прежде чем большая часть массы балджа превратится в звезды. Созданные таким образом черные дыры затем будут срастаться и излучаться, вызывая ветер, который действует обратно на аккреционный поток. Поток остановился бы, если бы скорость передачи механической энергии падающему газу была бы достаточно большой, чтобы развязать протогалактику за одно время пересечения. Модель шелка и Рис предсказывает наклон для М - сг отношение amp; alpha ; = 5, что примерно правильно. Однако прогнозируемая нормализация отношения слишком мала примерно в тысячу раз. Причина в том, что при образовании сверхмассивной черной дыры выделяется гораздо больше энергии, чем требуется для полного развязывания звездного балджа.
Более успешная модель обратной связи была впервые представлена Эндрю Кингом в Университете Лестера в 2003 году. В модели Кинга обратная связь происходит через передачу импульса, а не за счет передачи энергии, как в случае модели Силка и Риса. «Импульсный поток» - это поток, в котором время охлаждения газа настолько короткое, что по существу вся энергия в потоке находится в форме объемного движения. В таком потоке большая часть энергии, выделяемой черной дырой, теряется на излучение, и лишь несколько процентов остается для механического воздействия на газ. Модель Кинга предсказывает наклон α = 4 для отношения M - σ, и нормализация в точности верна; это примерно коэффициент c / σ ≈ 10 3 раза больше, чем в соотношении Силк и Рис.
До того, как в 2000 году была обнаружена связь M - σ, существовало большое расхождение между массами черных дыр, полученными с использованием трех методов. Прямые или динамические измерения, основанные на движении звезд или газа около черной дыры, по-видимому, дали массы, которые в среднем составляли ≈1% от массы балджа («соотношение Магорриана»). Два других метода - отображение реверберации в активных ядрах галактик и аргумент Солтана, который вычисляет космологическую плотность в черных дырах, необходимую для объяснения света квазара, - дали среднее значение балджа M / M, которое было в ≈10 раз меньше предполагаемого. отношением Магоррия. Отношение M - σ разрешило это несоответствие, показав, что большая часть прямых масс черных дыр, опубликованных до 2000 года, была в значительной степени ошибочной, предположительно из-за того, что данные, на которых они были основаны, были недостаточного качества для определения динамической сферы влияния черной дыры. Среднее отношение массы черной дыры к массе балджа в больших галактиках ранних типов сейчас считается примерно 1: 200 и становится все меньше по мере движения к менее массивным галактикам.
Обычно отношение M - σ используется для оценки масс черных дыр в далеких галактиках с помощью легко измеряемой величины σ. Таким образом были оценены массы черных дыр в тысячах галактик. Соотношение M - σ также используется для калибровки так называемых вторичных и третичных оценок массы, которые связывают массу черной дыры с силой эмиссионных линий горячего газа в ядре или с дисперсией скорости газа в балдже.
Плотность связи M - σ привела к предположению, что каждая выпуклость должна содержать сверхмассивную черную дыру. Однако количество галактик, в которых однозначно проявляется влияние гравитации черной дыры на движение звезд или газа, все еще довольно мало. Неясно, означает ли отсутствие обнаружения черных дыр во многих галактиках, что эти галактики не содержат черных дыр; или что их массы значительно ниже значения, подразумеваемого соотношением M - σ ; или что данные слишком скудны, чтобы выявить присутствие черной дыры.
Самая маленькая сверхмассивная черная дыра с точно определенной массой имеет M bh ≈ 10 6 M☉. Существование черных дыр в диапазоне масс 10 2 –10 5 M☉ (« черные дыры промежуточной массы ») предсказывается соотношением M - σ в галактиках с малой массой, а существование черных дыр промежуточных масс было предсказано. достаточно хорошо установлено в ряде галактик, содержащих активные ядра галактик, хотя значения M bh в этих галактиках очень неопределенны. Не было обнаружено четких доказательств существования сверхмассивных черных дыр с массами выше 10 10 M☉, хотя это может быть ожидаемым следствием наблюдаемого верхнего предела для σ.
