О том, как удалось обнаружить и «взвесить» одну из сверхмассивных чёрных дыр

Наука и жизньНаука

Масса за горизонтом событий

Материал подготовила Виктория Смирнова

Система из двух сверхмассивных чёрных дыр в центре галактики OJ 287 в представлении художника. Рисунок: NASA/JPL-Caltech

В ядрах большинства галактик прячутся сверхмассивные чёрные дыры. Их масса может быть в миллионы и миллиарды раз больше массы Солнца. Однако это вовсе не означает, что чем больше чёрная дыра, тем её будет проще найти и исследовать. Крупные чёрные дыры могут неплохо играть с астрофизиками в прятки, тогда как дыры поменьше не прочь и проявить себя, порой весьма ярким образом. Кстати, в центре одной и той же галактики могут мирно уживаться две чёрные дыры разного размера, подобные двойные объекты астрономы находят всё чаще. О том, как удалось обнаружить — а потом и «взвесить»! — меньшую из двух сверхмассивных чёрных дыр в галактике OJ 287, рассказывает доктор физико-математических наук Елена Сейфина, ведущий научный сотрудник отдела звёздной астрономии Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ.

Зачем «взвешивать» чёрные дыры?

Наверное, нужно начать издалека: зачем вообще изучать чёрные дыры? Космос — это наш дом. И его очень интересно исследовать, узнавать, что находится в окрестностях Солнечной системы, а что затерялось в его далёких уголках.

С точки зрения физики, чёрные дыры являются проявлением сверхсильных полей тяготения. Полей, которые способны разгонять движущееся в них вещество до скоростей, близких к скоростям света. Ни в каких других объектах поля тяготения не достигают столь больших величин. Удивительно, что причиной такой «сверхсилы» чёрных дыр служит просто их большая масса (загнанная под горизонт событий или, правильнее сказать, сконцентрированная в пределах гравитационного радиуса). Поэтому и важно оценить, насколько велика эта масса, за счёт чего чёрная дыра её наращивает или теряет, какую роль она играет в равновесии окружающего многомерного пространства. Возможно, удастся получить ответы на эти вопросы в недалёком будущем. А пока мы исследуем доступные в нашем измерении свойства чёрных дыр, ключевое из которых — их масса.

Понятно, что чёрные дыры нельзя увидеть в прямом смысле этого слова. Мы лишь догадываемся о наличии чёрной дыры по её гравитационному воздействию на окружающие звёзды или вещество. Дело в том, что вещество, аккрецирующее на чёрную дыру, сразу не может упасть на неё, так как оно вращается по орбите и центробежные силы мешают его падению на тяготеющий центр. Вещество постепенно закручивается по спирали вокруг чёрной дыры в диск — его называют аккреционным диском. Из-за того, что эти спиральные слои трутся друг о друга, они разогреваются до таких температур, при которых материя уже начинает светиться в рентгеновском диапазоне. Рентген мы видим хорошо и благодаря ему понимаем, где находится чёрная дыра. Первый объект, содержащий чёрную дыру, Cygnus X-1, был открыт ещё в 1964 году именно в рентгеновском диапазоне длин волн.

Поэтому чёрные дыры лучше всего изучать в рентгеновских лучах. Однако земная атмосфера полностью поглощает космическое рентгеновское излучение, из-за чего наблюдения за рентгеном от чёрных дыр можно вести, только «выйдя за атмосферу». Так что с усовершенствованием орбитальной техники процесс наблюдений за чёрными дырами значительно упростился (см. статью: А. Понятов. «„Спектр-РГ”. Обсерватория для нового обзора неба». — «Наука и жизнь» № 8, 2019 г. — Прим. ред.).

Преимущество рентгеновского излучения ещё и в том, что оно несёт больше информации из самых дальних уголков Вселенной из-за его высокой проницаемости в межзвёздной среде по сравнению со светом оптического диапазона. Данные наблюдений с орбитальных рентгеновских телескопов сейчас доступны из любой точки мира по интернету. Раньше, лет десять тому назад, результаты космических наблюдений можно было получить только в специальных космических центрах за рубежом. И обработку наблюдений приходилось проводить там же. Сейчас уже накопилось множество архивных данных, которые доступны любому пользователю. Нужно лишь ввести имя объекта, указать название телескопа, примерные даты наблюдения и скачать информацию. А потом уже начинать обработку данных.

Мы с моим коллегой Львом Григорьевичем Титарчуком заметили, что все чёрные дыры, независимо от их массы, ведут себя одинаково во время рентгеновских вспышек. То есть их вспышки происходят всегда по одному и тому же сценарию. Чёрные дыры с небольшой массой называются чёрными дырами звёздных масс, потому что их масса примерно такая же, как у звёзд: от 3 до 20 масс Солнца (массы звёзд и чёрных дыр принято измерять в массах Солнца, 1 М = 2 × 1033 г). Это относительно легковесные чёрные дыры. Но бывают чёрные дыры с очень большой массой — их называют сверхмассивными, они весят 1—1000 миллионов масс Солнца. Когда мы подробно изучили сценарий вспышек у чёрных дыр звёздных масс, то смогли применить его и к сверхмассивным чёрным дырам. Главным индикатором чёрных дыр и их большой массы были именно рентгеновские вспышки, протекающие по специфическому сценарию. Во время нарастания вспышки происходит постепенное увеличение такого параметра, как фотонный индекс Γ, который выходит на характерное «плато». Подобный участок насыщения на кривой служит ключевым признаком наличия чёрной дыры в двойной системе.

То есть чтобы распознать чёрную дыру в центре галактики, необходимо наблюдать эту галактику во время вспышки. Так мы и сделали: следили за галактикой OJ 287 во время последней её вспышки. Нам удалось обнаружить это «плато» и понять, что природа наблюдаемой вспышки обусловлена наличием в её центре сверхмассивной чёрной дыры, а также оценить её массу. За этой кажущейся простотой метода на самом деле стоит многолетний труд и множество исследований маленьких чёрных дыр.

Галактика OJ 287 — яркий представитель нового класса релятивистских объектов, открытия которых посыпались как из рога изобилия, особенно в течение последних двух лет. Всего около 10% галактик показывают активность в виде рентгеновских вспышек, причём вспыхивают главным образом ядра галактик. Долгое время причина этой активности оставалась загадкой. Было предложено множество разных гипотез, одна из них сейчас принята в качестве рабочей: в центре галактики находится чёрная дыра, и активность ядра вызвана падением вещества галактики на эту чёрную дыру.

Роль центральных чёрных дыр в жизни галактик полна загадок, начиная с их рождения. Считается, что галактики образуются вокруг чёрных дыр. Далее чёрная дыра может ускорять или приостанавливать рост галактики вокруг себя. Существовало мнение, что сверхмассивные чёрные дыры крепко «держат» свои галактики. Хотя сейчас доказали, что если чёрную дыру каким-то образом удалить из центра сформировавшейся галактики, галактика не развалится и, возможно, даже не ощутит этой «потери». Но пока чёрная дыра находится в центре галактики, она соединяет приятное с полезным, ведь именно в этом месте дыра наращивает свою массу.

Хоть галактика OJ 287 и расположена очень далеко от Земли — 1 гигапарсек, или 3,5 миллиарда световых лет, — она содержит в своём центре одну из самых массивных среди известных чёрных дыр во Вселенной. Возможно, этим и объясняется её мощное излучение. Поэтому она и интересна. Тем более что в OJ 287 не одна, а две сверхмассивные чёрные дыры.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Венерианские «грозы» Леонида Ксанфомалити Венерианские «грозы» Леонида Ксанфомалити

Насколько своеобразны инопланетные стихии?

Наука и жизнь
Неочевидные минусы СССР Неочевидные минусы СССР

Старшее поколение уже не помнит, а молодежь еще не знает

Maxim
Свержение Аполлона Свержение Аполлона

Как возник «лунный заговор» — главная теория фальсификации XX века

Вокруг света
Автостопом по Сибири Автостопом по Сибири

Автостопный тур по сибирским регионам и на озеро Байкал

Отдых в России
Где рождается свет Где рождается свет

Что такое Солнце? Газовый шар плотнее воды, мощнейший термоядерный реактор

Вокруг света
Русская рыба Русская рыба

Почему долгое время не было интереса к местной рыбе и когда все поменялось

Bones
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
Почему бэби-бумеры все чаще остаются в одиночестве: интересный факт! Почему бэби-бумеры все чаще остаются в одиночестве: интересный факт!

Что такое "серый развод" и как он влияет на бэби-бумеров?

ТехИнсайдер
Жизнь в плену имени Жизнь в плену имени

Марк Юний Брут: история и жизнь того, кто лишил жизни Гая Юлия Цезаря

Дилетант
Любовь, проснись! Любовь, проснись!

Небольшая изящная сказка в духе «Тысячи и одной ночи»

Правила жизни
Парадоксы «кроличьей норы» Парадоксы «кроличьей норы»

Что случится, если упасть в туннель, проходящий Землю насквозь через её центр?

Наука и жизнь
Скибиди-туалеты захватили мир: как абсурдный сериал заставил зумеров чувствовать себя старыми Скибиди-туалеты захватили мир: как абсурдный сериал заставил зумеров чувствовать себя старыми

Поколение Альфа (рожденные после 2010 года) начинает создавать собственные мемы

Psychologies
Эйнштейн — швейцарский гражданин Эйнштейн — швейцарский гражданин

Как великий физик Альберт Эйнштейн жил в Швейцарии

Наука и жизнь
Что собой представляет люксовый китайский микроавтобус Voyah Dream за 10 миллионов рублей Что собой представляет люксовый китайский микроавтобус Voyah Dream за 10 миллионов рублей

Voyah Dream — тестируем шикарный микроавтобус в Архангельской области

Maxim
Как выбрать реально работающую маску для волос: 6 золотых лайфхаков от эксперта Как выбрать реально работающую маску для волос: 6 золотых лайфхаков от эксперта

Базовые правила выбора хорошей маски для преображения локонов

VOICE
Гонки на тандемах Гонки на тандемах

Как ученые собирают идеальную солнечную батарейку

N+1
В ожидании роста В ожидании роста

Международные инвесторы продолжают активно увеличивать вложения в акции

Деньги
12 фильмов Венецианского кинофестиваля 12 фильмов Венецианского кинофестиваля

Старейший в мире Венецианский кинофестиваль в этом году проводится в 80-й раз

Weekend
Кто первым изобрел кассовый аппарат и изменил наши покупки Кто первым изобрел кассовый аппарат и изменил наши покупки

Кассовый аппарат — технологическое чудо, которое изменило мир бизнеса и торговли

ТехИнсайдер
Очищенную воду можно получить прямо из тумана Очищенную воду можно получить прямо из тумана

Разработан метод, позволяющий собирать воду из тумана и одновременно очищать ее

ТехИнсайдер
«Месси угрожает погубить душу нашей лиги» — в США критикуют аргентинца и его клуб «Месси угрожает погубить душу нашей лиги» — в США критикуют аргентинца и его клуб

За что достается одному из лучших игроков в истории Лионелю Месси

Forbes
Последняя любовь и муза: внук Рубена Симонова заявил, что Светлана Джимбинова не была женой легендарного режиссера Последняя любовь и муза: внук Рубена Симонова заявил, что Светлана Джимбинова не была женой легендарного режиссера

Внук Рубена Симонова рассказал о связи мэтра и молодой режиссерши

VOICE
Динозавр съел баннер: 10 выдающихся рекламных кампаний голливудских фильмов Динозавр съел баннер: 10 выдающихся рекламных кампаний голливудских фильмов

Десять примеров выдающихся промокампаний по продвижению кино в Голливуде

Правила жизни
Like A Virgin: культовые образы Мадонны Like A Virgin: культовые образы Мадонны

Самые узнаваемые образы Мадонны, которые мода уже вряд ли забудет

Правила жизни
Мыши с ГМ-клетками послушали группу Queen и выработали инсулин Мыши с ГМ-клетками послушали группу Queen и выработали инсулин

Ученые внедрили механочувствительные рецепторы в клетки, вырабатывающие инсулин

N+1
Аборт, потеря ребенка и три брака: личные драмы Ирины Мирошниченко Аборт, потеря ребенка и три брака: личные драмы Ирины Мирошниченко

Ирина Мирошниченко построила блистательную карьеру и выбрала одиночество

VOICE
Что делать со старым ненужным смартфоном: 10 сценариев использования Что делать со старым ненужным смартфоном: 10 сценариев использования

Если вы поменяли смартфон, не спешите выбрасывать старый

CHIP
Квартиры не отдаются Квартиры не отдаются

Доступность жилья в России снизилась до уровня десятилетней давности

Деньги
Вот так романтик! Что Дэвид Бекхэм хранит на память о первой встрече с Викторией Бекхэм Вот так романтик! Что Дэвид Бекхэм хранит на память о первой встрече с Викторией Бекхэм

Как начинались отношения Дэвида и Виктории Бекхэм

VOICE
Волшебный порошок: на что способна хозяйственная бура Волшебный порошок: на что способна хозяйственная бура

Вот как можно использовать хозяйственную буру в быту

ТехИнсайдер
Открыть в приложении