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

Оценивая преимущество: нетранзитивные позиции в шахматах Оценивая преимущество: нетранзитивные позиции в шахматах

Всегда ли можно однозначно сказать, чья позиция на шахматной доске сильнее?

Наука и жизнь
Как российским брендам завоевать зарубежные рынки и стоит ли это делать Как российским брендам завоевать зарубежные рынки и стоит ли это делать

Участники разговора обсудили положение креативных индустрий России

СНОБ
Большая добыча Большая добыча

Печальные последствия встречи человека с природой Антарктики

Вокруг света
Последняя любовь и муза: внук Рубена Симонова заявил, что Светлана Джимбинова не была женой легендарного режиссера Последняя любовь и муза: внук Рубена Симонова заявил, что Светлана Джимбинова не была женой легендарного режиссера

Внук Рубена Симонова рассказал о связи мэтра и молодой режиссерши

VOICE
Вопрос / ответ Вопрос / ответ

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

Вокруг света
Три отца иконоскопа. Кто придумал телевизор Три отца иконоскопа. Кто придумал телевизор

Как изобрели телевизор и какое первое изображение впервые передали с его помощью

СНОБ
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
Образная репетиционная терапия: боремся с ночными кошмарами Образная репетиционная терапия: боремся с ночными кошмарами

Что такое образная репетиционная терапия и как она работает?

Psychologies
Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость

Как защититься от хамства, не опускаясь до него?

Psychologies
«Что может происходить, когда муж уходит, а робот-помощник остаётся?»: актриса Янина Студилина рассказала о сериале, в котором снялась «Что может происходить, когда муж уходит, а робот-помощник остаётся?»: актриса Янина Студилина рассказала о сериале, в котором снялась

Янина Студилина о том, почему боится роботов и не сильно ограничивает себя в еде

VOICE
Мacштaб Мacштaб

Масштабы Крайнего Севера, британского парламента и микросхем

Цифровой океан
«Мы встречаемся уже год»: «Краса России-2015», ставшая невестой сына Стивена Сигала, раскрыла подробности их романа «Мы встречаемся уже год»: «Краса России-2015», ставшая невестой сына Стивена Сигала, раскрыла подробности их романа

Фотомодель Айрин Данилова рассказала о знакомстве с Домиником Сигалом

VOICE
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
«Она меня и близко не подпустит»: как женщины мешают мужчинам быть хорошими отцами «Она меня и близко не подпустит»: как женщины мешают мужчинам быть хорошими отцами

Глава из книги Тобиаса Морштедта «Плохие хорошие отцы»

Psychologies
Саар, так и не ставший французским Саар, так и не ставший французским

История борьбы Франции и Германии за Саар

Дилетант
Половина контента про пожилых в тиктоке показала их с негативной стороны Половина контента про пожилых в тиктоке показала их с негативной стороны

Зумеры высмеивают бумеров за их ценности и отношение к молодежи

N+1
Сад с продолжением Сад с продолжением

Ежегодно садоводам требуется 24 млн саженцев плодово-ягодных культур

Агроинвестор
Ночь в таинственной спальне: викторианский роман о юности и познании телесности Ночь в таинственной спальне: викторианский роман о юности и познании телесности

Отрывок из викторианского романа «Золото, перина и ночная чертовщина»

Forbes
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
Все по плану Все по плану

Каковы шансы на успех, если вы задумались об искусственном оплодотворении

Собака.ru
Время путешествовать Время путешествовать

Эксплорер Bering 145 Heeus с брутальной внешностью, который умеет развлекать

Y Magazine
Как установить свои личные границы и не нарушить чужие Как установить свои личные границы и не нарушить чужие

Как устанавливать личные границы?

Psychologies
Ученые извлекли древнюю ДНК из 3000-летнего кирпича Ученые извлекли древнюю ДНК из 3000-летнего кирпича

Ученые успешно получили древнюю ДНК из глиняного кирпича возрастом 2900 лет

ТехИнсайдер
Почти не сопротивлялся Почти не сопротивлялся

Как открыли и закрыли потенциальный сверхпроводник LK-99

N+1
Признак качества: 6 вещей, по которым ты вычислишь хорошего мастера по наращиванию ресниц Признак качества: 6 вещей, по которым ты вычислишь хорошего мастера по наращиванию ресниц

На какие детали стоит обратить внимание еще перед процедурой наращивания ресниц

VOICE
ВСМ Москва — Санкт-Петербург: пора воплотить мечту ВСМ Москва — Санкт-Петербург: пора воплотить мечту

Будет ли построена в России высокоскоростная железнодорожная магистраль?

Эксперт
«А я живу две жизни»: 3 вида детского вранья «А я живу две жизни»: 3 вида детского вранья

Почему дети врут?

Psychologies
«Ваш отец мне изменил»: надо ли рассказывать детям о реальной причине развода «Ваш отец мне изменил»: надо ли рассказывать детям о реальной причине развода

Причина развода — измена, но должны ли знать об этом ваши дети?

Psychologies
Как полюбить бег по-настоящему Как полюбить бег по-настоящему

5 советов от тех, у кого получилось полюбить бегать

Лиза
Гетеротрофные бактерии запомнили цикличность смены дня и ночи Гетеротрофные бактерии запомнили цикличность смены дня и ночи

Почвенные бактерии способны хранить информацию о смене дня и ночи

N+1
Открыть в приложении