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

Дальше ехать некуда Дальше ехать некуда

На противоположной стороне планеты живут 45 человек и птица уэка

Вокруг света
В мозге людей с избыточным весом изменен «центр управления аппетитом» В мозге людей с избыточным весом изменен «центр управления аппетитом»

У людей с ожирением меняется гипоталамус

ТехИнсайдер
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
15 неприхотливых домашних растений, которые работают в квартире как фильтры воздуха и помогают дышать полной грудью 15 неприхотливых домашних растений, которые работают в квартире как фильтры воздуха и помогают дышать полной грудью

Узнай, что выращивать на подоконниках

VOICE
Большая добыча Большая добыча

Печальные последствия встречи человека с природой Антарктики

Вокруг света
Всё о выработке и приеме коллагена: большой экспертный гид Всё о выработке и приеме коллагена: большой экспертный гид

Коллаген: обязательный пункт в "бьюти-меню"

VOICE
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
Самцы партеногенетических палочников оказались бесплодными Самцы партеногенетических палочников оказались бесплодными

Мужские особи палочников бесплодны из-за нарушенного сперматогенеза

N+1
Дерби нового света Дерби нового света

Не будем спорить насчет Запада и Востока, а вот Север и Юг однажды сошлись

Вокруг света
Как расширить память смартфона на Android Как расширить память смартфона на Android

Есть различные способы увеличить объем доступной в смартфоне памяти

ТехИнсайдер
Секреты «Белого лебедя» Секреты «Белого лебедя»

В России возобновлено производство одного из мощнейших бомбардировщиков мира

Популярная механика
Зоологи опознали белых медведей по ДНК из их следов на снегу Зоологи опознали белых медведей по ДНК из их следов на снегу

Американские зоологи нашли способ изучать белых медведей, не беспокоя их

N+1
Горе без ума Горе без ума

Ученые вплотную приблизились к ответу на вопрос, существуют ли гены гениальности

Вокруг света
«Лучший химик — природа»: как вырастить обезболивающие лекарства на дрожжах «Лучший химик — природа»: как вырастить обезболивающие лекарства на дрожжах

Важнейшие лекарственные ингредиенты могут быть выращены по «пивной технологии»

Forbes
«Лиза тяжело болела. Смерть наступила мгновенно»: Жека впервые раскрыл подробности состояния жены перед самоубийством «Лиза тяжело болела. Смерть наступила мгновенно»: Жека впервые раскрыл подробности состояния жены перед самоубийством

Жека рассказал, что у Елизаветы Крапивиной было тяжелое психическое заболевание

VOICE
Сапы на Ладоге и музей в колокольне: как в Ленинградской области развивают туризм Сапы на Ладоге и музей в колокольне: как в Ленинградской области развивают туризм

Программа помогает самым активным жителям региона налаживать интересную жизнь

Forbes
Абьюз, травма, история семьи: как устроена фем-литература Абьюз, травма, история семьи: как устроена фем-литература

В конце XX века женское творчество начало приобретать особую значимост

Forbes
Еда из прошлого: почему хлеб и молоко стали считаться вредными продуктами Еда из прошлого: почему хлеб и молоко стали считаться вредными продуктами

За что нутрициологи и велнес-блогеры демонизируют самые привычные хлеб и молоко

Forbes
Любовь, как в кино: почему мы мечтаем о нереалистичных отношениях Любовь, как в кино: почему мы мечтаем о нереалистичных отношениях

Почему мы хотим любви, как в романтическом фильме?

Psychologies
Зачем быкам кольцо в носу? Зачем быкам кольцо в носу?

Для чего же используется кольцо в носу у быков. Спойлер: не для красоты!

ТехИнсайдер
Российский коньяк: что можно пить без последствий и с удовольствием? Российский коньяк: что можно пить без последствий и с удовольствием?

На какие из российских коньяков стоит обращать внимание при покупке?

Maxim
«Покупатели-хищники»: зачем американские миллиардеры покупают столько недвижимости «Покупатели-хищники»: зачем американские миллиардеры покупают столько недвижимости

По меньшей мере пять миллиардеров, у которых 10 домов и даже больше

Forbes
Кого убила Вирджиния Вулф: как женщины обретали себя и свою силу благодаря литературе Кого убила Вирджиния Вулф: как женщины обретали себя и свою силу благодаря литературе

Существует литература — существуют писательницы. Что такое «женское письмо»

Forbes
Водителя четырежды ошибочно лишили прав. Он узнал об этом на «Госуслугах» Водителя четырежды ошибочно лишили прав. Он узнал об этом на «Госуслугах»

Водитель узнал, что уже четыре раза подряд лишен водительского удостоверения

РБК
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
Изменение трех генов вызвало партеногенез у дрозофил Изменение трех генов вызвало партеногенез у дрозофил

Ученые впервые вызвали партеногенез геномным редактированием

N+1
Плоский животик Плоский животик

Как делать вакуум живота и 5 причин, чтобы это попробовать

Лиза
Катастрофический юбилей Катастрофический юбилей

25 лет назад Россия столкнулась с «дефолтом»

Деньги
Прекрасная страна. История эмиграции из-за политического преследования в Китае Прекрасная страна. История эмиграции из-за политического преследования в Китае

Книга о семье, которой пришлось переехать из-за политического преследования

СНОБ
Третья сила канцлера Дольфуса Третья сила канцлера Дольфуса

Европу 1930-х годов разделяла невидимая идеологическая линия фронта

Дилетант
Открыть в приложении