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

Хладнокровная любовь Хладнокровная любовь

Отправляясь в апрельский лес, я не помышлял ни о какой свадьбе

Наука и жизнь
Как подсказывает интуиция: можно ли слушать внутренний голос при принятии решений Как подсказывает интуиция: можно ли слушать внутренний голос при принятии решений

Заслуживает ли «шестое чувство» доверия в важных вопросах?

Forbes
Русский тур Русский тур

Как коровы из Месопотамии пришли на Русский Север, выжили и не замерзли

Вокруг света
«Надо спросить психолога»: как и почему формируется зависимость от психотерапии «Надо спросить психолога»: как и почему формируется зависимость от психотерапии

По каким симптомам можно распознать зависимость от психотерапии?

Psychologies
Вопрос / ответ Вопрос / ответ

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

Вокруг света
Юрий Симонов («Заточка»): «Лирический герой, от имени которого большинство историй рассказано, он, конечно, я» Юрий Симонов («Заточка»): «Лирический герой, от имени которого большинство историй рассказано, он, конечно, я»

Солист кантри-рэп группы «Заточка» о вселенной своих песен и отношении к деньгам

Maxim
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
Мы, Николай Второй. Как императора показывали в российских фильмах и сериалах Мы, Николай Второй. Как императора показывали в российских фильмах и сериалах

Все самые яркие воплощения царя на экране в постсоветском кино

СНОБ
Мои инопланетяне! Мои инопланетяне!

Если они прилетели, природа сделала уверенный поворот к приходу весны

Наука и жизнь
Тюнинг-комплект для BMW X7 M60i стоит как новый BMW 2-й серии Тюнинг-комплект для BMW X7 M60i стоит как новый BMW 2-й серии

Larte Design представила новый обвес из углеродного волокна для BMW X7

4x4 Club
Борьба за ярлык Борьба за ярлык

Как Калита начал собирать русские земли вокруг Москвы?

Дилетант
Спиленные деревья стали дешевой заменой вымершим коралловым рифам Спиленные деревья стали дешевой заменой вымершим коралловым рифам

Ученые придумали куда более простой выход из ситуации с вымиранием рифов

ТехИнсайдер
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
По своему желанию По своему желанию

Самые надежные средства контрацепции, о которых ты, возможно, не знала

Лиза
«Научиться различать усилие и насилие»: Ольга Примаченко о том, как отыскать баланс работы и отдыха «Научиться различать усилие и насилие»: Ольга Примаченко о том, как отыскать баланс работы и отдыха

Автор книги «К себе нежно» — как не прекращать заботиться о себе

Psychologies
Тогда и сейчас: что стало с актерами фильма «Мост в Терабитию» 16 лет спустя Тогда и сейчас: что стало с актерами фильма «Мост в Терабитию» 16 лет спустя

Интересно посмотреть, как актеры «Моста в Терабитию» выглядят сейчас?

VOICE
Служебный роман, двое детей и измена: история брака Натали Портман и Бенжамена Мильпье Служебный роман, двое детей и измена: история брака Натали Портман и Бенжамена Мильпье

Как начиналась история любви Натали Портман и Бенжамена Мильпье

VOICE
Кто такой Михаил Елизаров — автор «Библиотекаря» и впечатляющих песен Кто такой Михаил Елизаров — автор «Библиотекаря» и впечатляющих песен

Кто такой Михаил Елизаров?

Правила жизни
Что ждет мир после ядерной войны: какими будут реальные последствия атомной бомбардировки Что ждет мир после ядерной войны: какими будут реальные последствия атомной бомбардировки

Каким будет мир, покрытый радиоактивными осадками?

ТехИнсайдер
10 самых уродливых автомобилей в истории. Обновлённая версия 10 самых уродливых автомобилей в истории. Обновлённая версия

Увы, не все покидающие конвейер машины, становятся впоследствии супермоделями

4x4 Club
Что делать, если ты влюбилась в своего психотерапевта (или он в тебя) Что делать, если ты влюбилась в своего психотерапевта (или он в тебя)

Влюбленность – самый распространенный побочный эффект психотерапии

VOICE
Что такое глэмпинг простыми словами Что такое глэмпинг простыми словами

Глэмпинг подразумевает под собой гостиничные удобства в полевых условиях

РБК
Пески фрекинга: как бывший нефтяной магнат осваивает в Техасе новые ресурсы Пески фрекинга: как бывший нефтяной магнат осваивает в Техасе новые ресурсы

Компания Бада Бригэма сделает его миллиардером, если не будет угрожать ящерице

Forbes
Россия скорректирует пошлину на вывоз подешевевших удобрений: кто в выигрыше Россия скорректирует пошлину на вывоз подешевевших удобрений: кто в выигрыше

Правительство России готовится ввести временную пошлину на экспорт удобрений

Forbes
Как траурные дронго защищаются от вторжений паразитирующих кукушек Как траурные дронго защищаются от вторжений паразитирующих кукушек

Изменчивость расцветки яиц помогает дронго вычислить подброшенные чужие яйца

ТехИнсайдер
«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
Коллективный разум: что такое мастермайнд и как его проводить Коллективный разум: что такое мастермайнд и как его проводить

Как организовать собственную мастермайнд-группу?

Forbes
Помогите своему внутреннему ребенку: упражнение для исцеления детских травм Помогите своему внутреннему ребенку: упражнение для исцеления детских травм

Что конкретно мы можем делать, чтобы поддержать нашего внутреннего ребенка?

Psychologies
От «Советского шампанского» до сырка «Дружба»: как появились популярные гастрономические бренды СССР От «Советского шампанского» до сырка «Дружба»: как появились популярные гастрономические бренды СССР

Легендарные продукты, вкус которых до сих пор вызывает ностальгию

Maxim
Я — сноб. Куратор Фонда поддержки современного искусства Cosmoscow Алексей Масляев Я — сноб. Куратор Фонда поддержки современного искусства Cosmoscow Алексей Масляев

О ближайших интересных выставках в России и особенностях работы в искусстве

СНОБ
Открыть в приложении