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

Время ацтеков Время ацтеков

Что зашифровали ацтеки

Вокруг света
Жизнь под буквами Жизнь под буквами

Населенные пункты с самыми длинными названиями, состоящими из одного слова

Вокруг света
Большая добыча Большая добыча

Печальные последствия встречи человека с природой Антарктики

Вокруг света
Зачем миллиардер переливает себе кровь юношей: как узнать Зачем миллиардер переливает себе кровь юношей: как узнать

Говорят, что за деньги нельзя купить любовь. Но можно ли выиграть на них время?

ТехИнсайдер
Вопрос-ответ Вопрос-ответ

Откуда взялась Луна, заразен ли рак и другие вопросы

Вокруг света
Like A Virgin: культовые образы Мадонны Like A Virgin: культовые образы Мадонны

Самые узнаваемые образы Мадонны, которые мода уже вряд ли забудет

Правила жизни
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
Кто придумал наркоз и гипс Кто придумал наркоз и гипс

История изобретения наркоза и гипса

СНОБ
Ушёл в историю Ушёл в историю

Почему в России никогда не будет второго Горбачёва и второй перестройки

Дилетант
Экстракт китайского цветка снизил накопление жира в адипоцитах Экстракт китайского цветка снизил накопление жира в адипоцитах

Экстракт Mallotus furetianus значительно подавляет увеличение массы тела

N+1
До победного начала До победного начала

В своей необыкновенной жизни Уинстон Черчилль покорил три главные вершины

Дилетант
«Только ты и я»: драма о том, как домашнее насилие притворяется идеальным браком «Только ты и я»: драма о том, как домашнее насилие притворяется идеальным браком

Как «Только ты и я» воссоздает реальность женщины, попавшей в абьюзивный брак

Forbes
Тяжелый легкий бег Тяжелый легкий бег

Как работает организм на марафонских дистанциях

Популярная механика
К середине века волны жары будут угрожать здоровью всех детей мира К середине века волны жары будут угрожать здоровью всех детей мира

К 2050 году каждый ребенок в мире рискует столкнуться с частыми волнами жары

N+1
Нищие наследники: миллиардеры, которые ничего не оставят своим детям Нищие наследники: миллиардеры, которые ничего не оставят своим детям

Наследникам этих богачей рассчитывать на родительские капиталы не приходится

VOICE
Что такое сексуальная отзывчивость и как она влияет на интимную жизнь Что такое сексуальная отзывчивость и как она влияет на интимную жизнь

Чем больше партнеры думают друг о друге во время секса, тем он лучше

Maxim
Заколоченные окна: какие проблемы вызовет отказ Microsoft продлевать лицензии Заколоченные окна: какие проблемы вызовет отказ Microsoft продлевать лицензии

Лицензии Microsoft на продукты будут действовать до конца сентября

Forbes
От икон до военных мундиров: самые неожиданные коллекции, собранные спортсменами От икон до военных мундиров: самые неожиданные коллекции, собранные спортсменами

Forbes Sport представляет неординарные коллекции, собранные спортсменами

Forbes
Нужно ли обновлять драйверы, если все работает Нужно ли обновлять драйверы, если все работает

Когда на самом деле стоит обновлять драйверы, и нужно ли это делать регулярно?

CHIP
Правила жизни Михаила «Горшка» Горшенева Правила жизни Михаила «Горшка» Горшенева

Понимаешь, да? Правила жизни одного из фронтменов «Короля и Шута»

Правила жизни
Интересный факт! Аутизм может быть не болезнью, но частью личности Интересный факт! Аутизм может быть не болезнью, но частью личности

Аутизм можно рассматривать как человеческую «изменчивость», а не как заболевание

ТехИнсайдер
Не просто аксессуар: 4 причины, почему нужно носить солнцезащитные очки и летом, и зимой Не просто аксессуар: 4 причины, почему нужно носить солнцезащитные очки и летом, и зимой

Какую пользу могут принести солнцезащитные очки?

ТехИнсайдер
Черниговская восьмёрка Черниговская восьмёрка

Бунт Черниговского полка — выступление декабристов в Киевской губернии

Дилетант
Первая свежесть Первая свежесть

Российские шефы поделились своим мнением о российской рыбе и морепродуктах

Bones
Бесполезные анализы Бесполезные анализы

Есть ли польза от этих анализов или их назначают только, чтобы вытянуть деньги?

Лиза
Как использовать мультиварку на все 100%: 7 скрытых возможностей устройства, о которых вы и не догадывались Как использовать мультиварку на все 100%: 7 скрытых возможностей устройства, о которых вы и не догадывались

Как еще можно использовать мультиварку с пользой в быту, помимо обычных функций

ТехИнсайдер
«Без обид»: как новый фильм с Дженнифер Лоуренс меняет восприятие женского тела «Без обид»: как новый фильм с Дженнифер Лоуренс меняет восприятие женского тела

В фильме «Без обид» Дженнифер Лоуренс демонстрирует все грани своего таланта

Forbes
Чтобы лучше видеть Чтобы лучше видеть

Как быстро снять усталость глаз и почему она возникает?

Лиза
В новом пикапе Fisker Alaska будет крепление для ковбойской шляпы В новом пикапе Fisker Alaska будет крепление для ковбойской шляпы

Компания Fisker рассказала об особенностях своей новой модели Alaska

4x4 Club
Клин с клином Клин с клином

Клинопись – древнейшая известная человечеству система письма

Вокруг света
Открыть в приложении