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

Вопрос / ответ Вопрос / ответ

Что ели русские крестьяне, кто изобрел алфавит и другие вопросы и ответы

Вокруг света
Технологии на полку: какие цифровые инструменты применяет ретейл, чтобы сдержать цены Технологии на полку: какие цифровые инструменты применяет ретейл, чтобы сдержать цены

Какие технологии помогают снижать затраты и сдерживать рост цен продуктов?

Forbes
Великая степь Великая степь

Великая степь была всегда, сколько себя помнит человечество

Вокруг света
Слово защите: как топ-менеджменту и службе информбезопасности выстроить диалог Слово защите: как топ-менеджменту и службе информбезопасности выстроить диалог

Какой должна быть служба информационной безопасности в новых условиях

Forbes
Мобилизация-1914: эмоции россиян Мобилизация-1914: эмоции россиян

Кто определяет «национальные интересы»?

Дилетант
С разрешения и наценкой до 130%: как предприниматель выручает $250 тысяч в месяц от перепродажи снеков и плюшевых бобров С разрешения и наценкой до 130%: как предприниматель выручает $250 тысяч в месяц от перепродажи снеков и плюшевых бобров

Почему клиенты готовы переплачивать перекупщикам Buc-ee's?

VC.RU
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
Сломанные ребра, радиоактивная косметика и глисты для похудения: как женщины прошлого издевались над собой ради красоты Сломанные ребра, радиоактивная косметика и глисты для похудения: как женщины прошлого издевались над собой ради красоты

Бьюти-процедуры из прошлого, в существование которых сегодня верится с трудом

ТехИнсайдер
Тайна китов со странным запахом Тайна китов со странным запахом

Почему мясо серых китов имеет специфический «лекарственный» запах?

Наука и жизнь
Умеете ли вы строить «нормальные отношения»? Всего 2 вопроса помогут понять это Умеете ли вы строить «нормальные отношения»? Всего 2 вопроса помогут понять это

Нам свойственно давать оценку «нормальным отношениям» через призму личного опыта

Psychologies
Еда, которая не убивает планету Еда, которая не убивает планету

Прокормить постоянно растущее человечество помогут микроорганизмы

ТехИнсайдер
6 страшно интересных фактов про «Кошмар перед Рождеством» 6 страшно интересных фактов про «Кошмар перед Рождеством»

Мультфильм, с которым поседевшие дети входят во взрослую жизнь

Maxim
6 способов защиты от болезни Альцгеймера 6 способов защиты от болезни Альцгеймера

Есть полезные привычки, которые помогут сохранить ясность ума

Psychologies
Король Прусский Фридрих Вильгельм III с сыновьями благодарит Москву за спасение его государства Король Прусский Фридрих Вильгельм III с сыновьями благодарит Москву за спасение его государства

В 1818 году Фридрих Вильгельм III вместе со своими сыновьями приехал в Россию

Дилетант
Пумы перешли к охоте на пересеченной местности из-за ворующих добычу медведей и волков Пумы перешли к охоте на пересеченной местности из-за ворующих добычу медведей и волков

Рост численности медведей и волков в Йеллоустоне изменил привычки пум

N+1
Все моё — твоё Все моё — твоё

Как переписать квартиру, машину, дачу на мужа или жену

Лиза
Рождение псковского корпуса Рождение псковского корпуса

В 1918 году в Пскове и Петрограде находились группы офицеров Императорской армии

Дилетант
«Отец ядерной бомбы»: 7 малоизвестных фактов о Роберте Оппенгеймере «Отец ядерной бомбы»: 7 малоизвестных фактов о Роберте Оппенгеймере

Какой жизнью жил Роберт Оппенгеймер и о чем больше всего жалел в её конце?

СНОБ
Леонид Борткевич: «Это было похоже на поклонение «Битлз» — армия фанаток ездила за «Песнярами» по всему Союзу» Леонид Борткевич: «Это было похоже на поклонение «Битлз» — армия фанаток ездила за «Песнярами» по всему Союзу»

Это было похоже на поклонение «Битлз» — такая же армия фанаток

Коллекция. Караван историй
Врач, медсестра или эстетист: как выбрать подходящего косметолога Врач, медсестра или эстетист: как выбрать подходящего косметолога

Что отличает косметологов и с какими запросами они в силах справиться

Psychologies
Ученые установили, что биологические нейросети работают по математическому принципу свободной энергии Ученые установили, что биологические нейросети работают по математическому принципу свободной энергии

Самоорганизация нейронов в процессе обучения подчиняется математической теории

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

Вот как можно использовать хозяйственную буру в быту

ТехИнсайдер
Малоизвестные детали спортивной карьеры Джейсона Стейтема: ездил в Москву, мечтал об Олимпиаде Малоизвестные детали спортивной карьеры Джейсона Стейтема: ездил в Москву, мечтал об Олимпиаде

Автор множества выдуманных цитат был вполне реальным прыгуном в воду

Maxim
Теряете вещи и все забываете: 6 неочевидных признаков, которые выдают СДВГ Теряете вещи и все забываете: 6 неочевидных признаков, которые выдают СДВГ

Как может проявляться СДВГ у взрослых?

Psychologies
Не красавицы, а глаз не отвести! Как в молодости выглядели актрисы, которые не вписываются в бьюти-стандарты Не красавицы, а глаз не отвести! Как в молодости выглядели актрисы, которые не вписываются в бьюти-стандарты

Как же в молодости выглядели обладательницы необычной внешности

VOICE
Легендарный советский реквизит, который кочевал из фильма в фильм Легендарный советский реквизит, который кочевал из фильма в фильм

Порой один и тот же реквизит снимался в советских фильмах чаще, чем актеры

Maxim
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
Инженеры напечатали веганские кольца кальмара Инженеры напечатали веганские кольца кальмара

Сингапурские ученые напечатали на 3D-принтере вегетарианский морепродукт

N+1
Мужской взгляд на воспитание: как стать хорошим отцом Мужской взгляд на воспитание: как стать хорошим отцом

С какими вызовами сталкиваются современные папы и как их преодолевать?

Psychologies
Как выражать недовольство, чтобы тебя слышали и понимали (а не выгоняли — из комнаты, магазина, с работы) Как выражать недовольство, чтобы тебя слышали и понимали (а не выгоняли — из комнаты, магазина, с работы)

Как дать однозначно понять, что тебя что-то не устраивает?

VOICE
Открыть в приложении