Chociaż żyjemy w rozległym trójwymiarowym Wszechświecie, obiekty niebieskie widziane przez teleskop wyglądają płasko, ponieważ wszystko jest tak daleko. Teraz po raz pierwszy astronomowie zmierzyli trójwymiarowy kształt jednej z największych i najbliższych nam galaktyk eliptycznych, M87. Galaktyka ta okazuje się być “trójosiowa” lub w kształcie ziemniaka. Ta stereofoniczna wizja była możliwa dzięki połączeniu mocy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i naziemnego Obserwatorium W. M. Kecka na Maunakea na Hawajach.
W większości przypadków astronomowie muszą użyć swojej intuicji, aby dowiedzieć się prawdziwych kształtów obiektów w głębokim kosmosie. Na przykład cała klasa ogromnych galaktyk zwanych “eliptycznymi” wygląda jak plamy na zdjęciach. Określenie prawdziwego kształtu gigantycznych galaktyk eliptycznych pomoże astronomom lepiej zrozumieć, w jaki sposób powstają duże galaktyki i ich centralne duże czarne. Naukowcy wykonali wykres 3D, mierząc ruchy gwiazd, które roją się wokół supermasywnej centralnej czarnej dziury w galaktyce. Ruch gwiazdy został wykorzystany do zapewnienia nowego wglądu w kształt galaktyki i jej rotację, a także dał nowy pomiar masy czarnej. Śledzenie prędkości i pozycji gwiazd pozwoliło naukowcom zbudować trójwymiarowy widok galaktyki.
Astronomowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley byli w stanie określić masę czarnej dziury w jądrze galaktyki z dużą precyzją, szacując ją na 5,4 miliarda mas Słońca. Obserwacje Hubble’a w 1995 roku po raz pierwszy zmierzyły czarną dziurę M87 jako 2,4 miliarda mas Słońca, co astronomowie wywnioskowali, mierząc prędkość gazu wirującego wokół czarnej dziury. Kiedy Event Horizon Telescope, międzynarodowa współpraca teleskopów naziemnych, opublikowała pierwsze w historii zdjęcie tej samej czarnej w 2019 roku, rozmiar jej czarnego jak smoła horyzontu zdarzeń pozwolił naukowcom obliczyć masę 6,5 miliarda mas Słońca przy użyciu ogólnej teorii względności Einsteina.
Stereofoniczny model M87 i dokładniejsza masa centralnej czarnej dziury mogą pomóc astrofizykom poznać szybkość rotacji czarnej.
Ponad dziesięciokrotnie masywniejsza od Drogi Mlecznej, M87 prawdopodobnie powstała z połączenia wielu innych galaktyk. Prawdopodobnie dlatego centralna czarna M87 jest tak duża – asymiluje centralne czarne dziury jednej lub więcej galaktyk, które pochłonęła.
Ma, wraz z absolwentką UC Berkeley Emily Liepold (główną autorką papier opublikowano w Astrophysical Journal Letters) i Jonelle Walsh z Texas A&M University byli w stanie określić kształt 3D M87 dzięki nowemu precyzyjnemu instrumentowi zamontowanemu na teleskopie Keck II. Skierowali Kecka na 62 sąsiednie lokalizacje galaktyki, mapując widma gwiazd w obszarze o średnicy około 70 000 lat świetlnych. Obszar ten obejmuje centralne 3 lat świetlnych, gdzie grawitacja jest w dużej mierze zdominowana przez supermasywną czarną dziurę. Chociaż teleskop nie może rozdzielić pojedynczych gwiazd ze względu na dużą odległość M000, widma mogą ujawnić zakres prędkości, aby obliczyć masę obiektu, wokół którego krążą.
Naukowcy wzięli dane z lat 2020-2022, a także wcześniejsze pomiary jasności gwiazdy M87 z Hubble’a i porównali je z przewidywaniami modelu komputerowego ruchu gwiazd wokół centrum galaktyki o kształcie trójosiowym. Najlepsze dopasowanie do tych danych pozwoliło im obliczyć masę czarnej dziury.
W 1920 roku astronom Edwin Hubble po raz pierwszy sklasyfikował galaktyki według ich kształtów. Płaskie dyskowe galaktyki spiralne można oglądać z różnych kątów projekcji nieba: twarzą do góry, ukośną lub z boku. Ale “wyglądające na blobby” galaktyki były bardziej problematyczne do scharakteryzowania. Hubble wymyślił termin eliptyczny. Można je było rozdzielić tylko na podstawie tego, jak wielka była eliptyczność. Nie mieli w sobie żadnego widocznego pyłu ani gazu, aby lepiej je rozróżnić. Teraz, sto lat później, astronomowie mają stereoskopowe spojrzenie na prototypową galaktykę eliptyczną.