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

Сырые земли Сырые земли

Почему важно изучать водно-болотные угодья, или ветланды?

Наука и жизнь
Самораскрытие: когда стоит и не стоит делиться с собеседником своим опытом и переживаниями Самораскрытие: когда стоит и не стоит делиться с собеседником своим опытом и переживаниями

Что такое самораскрытие и почему эта наклонность многих раздражает?

Psychologies
Город фестивалей Город фестивалей

1000 лет Суздалю – в чем сомневаются историки?

Вокруг света
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
День обратился в ночь День обратился в ночь

Затмения часто влияли на ход истории всего человечества

Вокруг света
«Не встал»: 5 неочевидных причин худшего из мужских кошмаров «Не встал»: 5 неочевидных причин худшего из мужских кошмаров

Проблемы с эрекцией в самый неожиданный момент — не только стыдно, но и тревожно

Psychologies
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
Кинофраншизы, в которых изящно закрыли сюжетные дыры Кинофраншизы, в которых изящно закрыли сюжетные дыры

Иногда Голливуд исправляет ошибки в своих фильмах! Вот примеры

Maxim
Мои инопланетяне! Мои инопланетяне!

Если они прилетели, природа сделала уверенный поворот к приходу весны

Наука и жизнь
Стрельцы: преступление и наказание Стрельцы: преступление и наказание

Стрелецкий бунт 1698 года: «усердие в усмирении» достигало высот заоблачных

Дилетант
Булгаковский Киев Булгаковский Киев

Булгаков, скорее всего, не ждал, что станет частью большого исторического хаоса

Дилетант
Катастрофический юбилей Катастрофический юбилей

25 лет назад Россия столкнулась с «дефолтом»

Деньги
Моя золотая долина… Моя золотая долина…

Интервью с академиком Анатолием Деревянко

Наука и жизнь
Черниговская восьмёрка Черниговская восьмёрка

Бунт Черниговского полка — выступление декабристов в Киевской губернии

Дилетант
Аборт, потеря ребенка и три брака: личные драмы Ирины Мирошниченко Аборт, потеря ребенка и три брака: личные драмы Ирины Мирошниченко

Ирина Мирошниченко построила блистательную карьеру и выбрала одиночество

VOICE
Какого разоблачения боялся Пол Уокер? Тайные романы звезд, о которых стало известно только после их смерти Какого разоблачения боялся Пол Уокер? Тайные романы звезд, о которых стало известно только после их смерти

Секреты знаменитостей, ставшие достоянием общественности уже после их смерти

VOICE
Глобальная инфляция не отступает Глобальная инфляция не отступает

Помогут ли правила Пола Волкера в эпоху невообразимо дешевых денег

Деньги
В новом пикапе Fisker Alaska будет крепление для ковбойской шляпы В новом пикапе Fisker Alaska будет крепление для ковбойской шляпы

Компания Fisker рассказала об особенностях своей новой модели Alaska

4x4 Club
«Ночь заводов»: зачем в действующих цехах устраивают перформансы и концерты «Ночь заводов»: зачем в действующих цехах устраивают перформансы и концерты

Зачем делать действующие предприятия площадками для современного искусства

Forbes
Грызите семечки! Грызите семечки!

В чем польза тыквенных семечек для организма

Лиза
Васнецовы Васнецовы

Гениальный мерч в честь легендарного иллюстратора Юрия Васнецова

Собака.ru
«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
Как расширить память смартфона на Android Как расширить память смартфона на Android

Есть различные способы увеличить объем доступной в смартфоне памяти

ТехИнсайдер
Как организовать процесс развода, чтобы сохранить психологическое здоровье детей? Как организовать процесс развода, чтобы сохранить психологическое здоровье детей?

Как помочь ребенку пережить развод и смягчить нагрузку на психику

VOICE
За тридевять земель: тестируем китайский кроссовер с почти бесконечным запасом хода За тридевять земель: тестируем китайский кроссовер с почти бесконечным запасом хода

Skywell HT-i — модель словно создана для России

ТехИнсайдер
Нищие наследники: миллиардеры, которые ничего не оставят своим детям Нищие наследники: миллиардеры, которые ничего не оставят своим детям

Наследникам этих богачей рассчитывать на родительские капиталы не приходится

VOICE
«Мы стремимся сделать „Манжерок“ одним из лучших курортов в мире» «Мы стремимся сделать „Манжерок“ одним из лучших курортов в мире»

Какие перспективы развития появились у курорта «Манжерок»

Деньги
Директор ПМЭФ Алексей Вальков: Конгрессная отрасль — эффективный механизм делового взаимодействия Директор ПМЭФ Алексей Вальков: Конгрессная отрасль — эффективный механизм делового взаимодействия

Как проходила подготовка к последнему форуму и какие планы строит директор ПМЭФ

СНОБ
Берегись инфоцыган Берегись инфоцыган

Как выбрать онлайн-курсы, защититься от инфоцыган и не потерять деньги

Лиза
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
Открыть в приложении