Dokonce ani ty nejsupermasivní ze supermasivních černých děr nejsou příliš velké, takže je extrémně obtížné měřit jejich velikosti. Astronomové však nedávno vyvinuli novou techniku, která dokáže odhadnout hmotnost černé díry na základě pohybu horkého plynu kolem nich – i když samotná černá díra je menší než jeden pixel.
Supermasivní černé díry jsou obklopeny tunami přehřátého plazmatu. Tato plazma víří kolem zadní díry a vytváří torus a akreční disk, který nepřetržitě dodává materiál do černé díry. Kvůli extrémní gravitaci se tento plyn pohybuje neuvěřitelně rychle a zuřivě září. Je to světlo, které identifikujeme jako a kvasar , který je vidět z celého vesmíru.
Zatímco kvasary jsou relativně snadno rozpoznatelné, je mnohem náročnější kvantifikovat vlastnosti centrální černé díry. Nyní Felix Bosco v úzké spolupráci s Jörg-Uwe Pottem, oba z Institutu Maxe Plancka pro astronomii (MPIA) v Heidelbergu, a bývalými výzkumníky MPIA Jonathanem Sternem (nyní Tel Aviv University, Izrael) a Josephem Hennawim (nyní UC Santa Barbara; USA a Leiden University, Nizozemsko), poprvé uspěly v demonstraci proveditelnosti přímého určení hmotnosti kvasaru pomocí technika zvaná spektroastrometrie .
Spektroastrometrie se opírá o pozorování oblasti kolem černé díry. Jako plyn víří kolem něj , část se bude pohybovat naším směrem a část, pokud se bude pohybovat pryč. Část plynu pohybující se směrem k nám bude posunuta do modra a část pohybující se pryč se posune více do červena. I když jsou centrální černá díra a akreční disk příliš malé na to, aby je bylo možné vyřešit, lze tuto techniku stále aplikovat na oblasti dále a pomocí modelování mohou vědci odhadnout hmotnost.
„Oddělením spektrálních a prostorových informací ve shromážděném světle, stejně jako statistickým modelováním naměřených dat, můžeme odvodit vzdálenosti mnohem menší než jeden obrazový pixel od středu akrečního disku,“ vysvětlil Bosco.
Tým úspěšně použil tuto techniku na J2123-0050, kvasar aktivní, když byl vesmír starý pouhých 2,9 miliardy let. Zjistili, že centrální černá díra váží 1,8 miliardy slunečních hmot. Posun této techniky na další úroveň a zacílení na nejstarší kvasary však bude vyžadovat nějaké nové dalekohledy.
Joe Hennawi dodává: „S výrazně zvýšenou citlivostí vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST) a extrémně velkého dalekohledu (ELT, s průměrem primárního zrcadla 39 metrů), které jsou v současné době ve výstavbě, budeme brzy schopni určit hmotnosti kvasarů na nejvyšší rudé posuvy.' Jörg-Uwe Pott, který také vede příspěvky Heidelbergu k první blízké infračervené kameře ELT, MICADO, dodává: „Nyní zveřejněná studie proveditelnosti nám pomáhá definovat a připravit naše plánované výzkumné programy ELT.“
