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

Политическое крещение Политическое крещение

Что побудило закоренелого язычника и развратника перейти в христианскую веру?

Дилетант
Элизабет Кюблер-Росс, заглянувшая в лицо смерти Элизабет Кюблер-Росс, заглянувшая в лицо смерти

«Смерть — ключ к жизни»

Psychologies
Эверест как профессия Эверест как профессия

Высоко над нашими головами скрывается самая труднодоступная страна на планете

Вокруг света
Исполнение и наказание Исполнение и наказание

Как Роберт Де Ниро и Мартин Скорсезе исследовали насилие, вину и бессилие

Weekend
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Как пытались получить доказательства в пользу населённости соседних планет

Наука и жизнь
«После «Карнавальной ночи» — борьба, война, выживание, терпение... Какое уж тут счастье!» — рассказывала Людмила Гурченко «После «Карнавальной ночи» — борьба, война, выживание, терпение... Какое уж тут счастье!» — рассказывала Людмила Гурченко

В этих статьях — живая, настоящая, реальная Гурченко, какой ее знали не все

Коллекция. Караван историй
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
Фильмы и сериалы, снятые в Петербурге и окрестностях: от «Замаячного» до «Серебряных коньков» Фильмы и сериалы, снятые в Петербурге и окрестностях: от «Замаячного» до «Серебряных коньков»

Питер и Ленинградская область на глазах превращаются в российский Голливуд

Maxim
Дань морскому царю Дань морскому царю

Они были самыми крупными кораблями, затонувшими в российских водах Балтики

Вокруг света
Вопрос, который волнует многих: попадет ли когда-нибудь прыгающий логотип DVD четко в угол? Вопрос, который волнует многих: попадет ли когда-нибудь прыгающий логотип DVD четко в угол?

Сколько времени пришлось бы ждать, чтобы застать попадание логотипа в угол?

ТехИнсайдер
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Готовы отправиться в фантастическое космическое путешествие?

Наука и жизнь
По наполеоновскому счету По наполеоновскому счету

Во сколько обошлась России Отечественная война 1812 года

Деньги
Нежнейшая пряность кардамон Нежнейшая пряность кардамон

Где выращивают лучший кардамон?

Наука и жизнь
Сокровища Балтики Сокровища Балтики

Куршская коса – узкая полоса земли, разделяющая море и залив

Лиза
«Очаровал меня и всю мою семью»: каково это — выйти замуж за иностранца и переехать в Иран «Очаровал меня и всю мою семью»: каково это — выйти замуж за иностранца и переехать в Иран

Героиня истории рассказала, как вышла замуж за иранца и переехала на его родину

Psychologies
5 советских игрушек, которые были только в зажиточных семьях 5 советских игрушек, которые были только в зажиточных семьях

Рассказываем, какими были модные дорогие игрушки в СССР

Psychologies
Забыли вырезать: худшие ляпы в культовых фильмах — от «Гарри Поттера» до «Криминального чтива» Забыли вырезать: худшие ляпы в культовых фильмах — от «Гарри Поттера» до «Криминального чтива»

Рассказываем про дурацкие неточности в культовых фильмах

VOICE
Три секунды эксцентричных тренировок в день увеличили мышечную силу Три секунды эксцентричных тренировок в день увеличили мышечную силу

Даже трехсекундные упражнения положительно влияют на человеческое тело

N+1
Беспилотник научили парить почти без затрат энергии Беспилотник научили парить почти без затрат энергии

Система управления беспилотника находит оптимальные точки в воздушных потоках

N+1
«Пернатые многоженцы: Любовь, браки, измены и разводы в мире птиц» «Пернатые многоженцы: Любовь, браки, измены и разводы в мире птиц»

Как птицы сближаются и ухаживают друг за другом?

N+1
«Звездная» проблема «Звездная» проблема

Что такое сосудистые «звездочки», эстетический дефект или первый признак болезни

Лиза
Переключи режим! Переключи режим!

Что делать, если ты не расстаешься с ноутбуком даже на пляже?

Лиза
Объясняем на котиках: как правильно составлять запросы для нейросетей, чтобы получить красивый рисунок Объясняем на котиках: как правильно составлять запросы для нейросетей, чтобы получить красивый рисунок

Разбираемся, как правильно общаться с нейросетями для генерации картинок

CHIP
В могиле древнекитайской простолюдинки нашли косметику В могиле древнекитайской простолюдинки нашли косметику

Ученые исследовали остатки косметики, найденные в могиле простолюдинки

N+1
Исчезающий вид. Что такое айсвайн, или «ледяное вино» Исчезающий вид. Что такое айсвайн, или «ледяное вино»

Чем айсвайн отличается от классических вин и почему его нельзя выпить много?

СНОБ
Ядовитая одежда: как то, что мы носим, влияет на наше здоровье Ядовитая одежда: как то, что мы носим, влияет на наше здоровье

Увлечение покупками бюджетных noname-брендов может быть опасно для здоровья

РБК
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
«Энергия покоя»: история любви Улая и Марины Абрамович «Энергия покоя»: история любви Улая и Марины Абрамович

Историю совместной жизни Улая и Марины Абрамович — личной и профессиональной

Правила жизни
Трудно быть супергероиней: почему женщинам-лидерам полезно проявлять уязвимость Трудно быть супергероиней: почему женщинам-лидерам полезно проявлять уязвимость

Почему трудно быть супергероем, а супергероиней — особенно.

Forbes
5 признаков человека, которого недолюбили в детстве 5 признаков человека, которого недолюбили в детстве

Как можно определить, что в детстве тебе не хватило родительской любви

VOICE
Открыть в приложении