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
Безумно щедр и очень заботлив: как распознать потенциального абьюзера Безумно щедр и очень заботлив: как распознать потенциального абьюзера

Глава из книги «Почему он делает это? Кто такой абьюзер и как ему противостоять»

Forbes
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Выжать все лишнее. Продукты, вызывающие отеки (не ешь их на ночь) Выжать все лишнее. Продукты, вызывающие отеки (не ешь их на ночь)

Иногда проблема отечности связана с неправильным питанием

Лиза
По следам первопроходцев По следам первопроходцев

Следы эпохи Великих географических открытий – во всей нашей жизни

Вокруг света
6 экранных пар, в любовь которых мы не поверили, как они ни старались 6 экранных пар, в любовь которых мы не поверили, как они ни старались

Экранные пары, которые нас совсем не тронули

VOICE
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
Хакнуть 10-й уровень: как изменить «правила игры» и стать успешнее Хакнуть 10-й уровень: как изменить «правила игры» и стать успешнее

«Хакни сразу десятый уровень и не трать время на первые этапы

Psychologies
Растущий на обочине Растущий на обочине

Да, пожалуй, ни одну из дорог невозможно представить без этого растения

Наука и жизнь
«Тампон почти убил меня»! Как модель потеряли ноги из-за синдрома токсического шока «Тампон почти убил меня»! Как модель потеряли ноги из-за синдрома токсического шока

Средства интимной гигиены сделали молодую девушки инвалидом

ТехИнсайдер
Теория равновесия Теория равновесия

Четыре века продолжались поиски Неведомой Южной Земли

Вокруг света
«Джеймс Уэбб» нашел гораздо больше массивных черных дыр, чем предсказывала теория «Джеймс Уэбб» нашел гораздо больше массивных черных дыр, чем предсказывала теория

Открытия, которые каждый день делает «Джеймс Уэбб» ломают теорию

ТехИнсайдер
Тимур и его столица Тимур и его столица

Как Тимур стал эффективным сити-менеджером

Вокруг света
Супер в формате «Миди» Супер в формате «Миди»

Яхта Midi Ilumen M35 — самый впечатляющий подарок тому, у кого все есть

Y Magazine
На всем зеленом. Честные плюсы и минусы вегетарианства На всем зеленом. Честные плюсы и минусы вегетарианства

Все про вегетарианство, за и против, все его типы и прочие интересные детали

Лиза
Ближе не будет Ближе не будет

Юлия Высоцкая пригласила к разговору о роли отца психолога Леонида Кроля

Psychologies
Топливо для гонок. Чем оно отличается от обычного? Топливо для гонок. Чем оно отличается от обычного?

Думаете, что в автоспорте используется специальное топливо?

РБК
Из Нью-Йорка в Париж за 90 минут: сможет ли стартап Hermeus преодолеть скорость звука Из Нью-Йорка в Париж за 90 минут: сможет ли стартап Hermeus преодолеть скорость звука

Разработка пассажирского самолета, который сможет развивать скорость 5 Махов

Forbes
Такси. День знаний Такси. День знаний

Остановит ли новый закон рост цен на проезд

Деньги
Равные возможности Равные возможности

Red Azalea: катамаран с двигателем внутреннего сгорания

Y Magazine
Не до улыбки Не до улыбки

5 причин боли в лице от безобидных до крайне опасных

Лиза
Cекреты идеального гриля Cекреты идеального гриля

Кулинарными секретами для обеда на природе поделился итальянский шеф-повар

Лиза
Пришло время закрыть вопрос: какие фрукты полезнее – сушеные или свежие? Пришло время закрыть вопрос: какие фрукты полезнее – сушеные или свежие?

Стоит включать сухофрукты в рацион худеющего человека, и есть ли от них польза

ТехИнсайдер
Напуганные долларом: кто взвинтил спрос на московские новостройки Напуганные долларом: кто взвинтил спрос на московские новостройки

Продажи в новостройках Москва сильно выросли и в сравнении с прошлым годом

Forbes
Давайте знакомиться Давайте знакомиться

7 причин, почему мужчины тебя не хотят

Лиза
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
Лаконичность и минимализм Лаконичность и минимализм

Процесс создания десертов зависит от проекта, для которого их нужно разработать

Bones
В чем польза и вред шпината для организма В чем польза и вред шпината для организма

Шпинат может улучшить зрение и замедлить процесс повреждения клеток

РБК
Сложный разговор Сложный разговор

Какой язык самый сложный? Тот, что труднее всего выучить?

Вокруг света
3 типа привязанности: как от них зависят наши отношения с мужчинами 3 типа привязанности: как от них зависят наши отношения с мужчинами

Определи свой (и его) тип привязанности — и узнаешь, что со всем этим делать

VOICE
Открыть в приложении