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

Великая степь Великая степь

Великая степь была всегда, сколько себя помнит человечество

Вокруг света
Откуда у камней берутся прозвища и как работает память мха Откуда у камней берутся прозвища и как работает память мха

Бриолог Робин Уолл Киммерер увлекательно рассказывает об истории мхов

СНОБ
ЧВК «Рюрик» ЧВК «Рюрик»

Около 838 года в поле зрения Византии попали люди, называвших себя русами

Дилетант
Заколоченные окна: какие проблемы вызовет отказ Microsoft продлевать лицензии Заколоченные окна: какие проблемы вызовет отказ Microsoft продлевать лицензии

Лицензии Microsoft на продукты будут действовать до конца сентября

Forbes
Русский тур Русский тур

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

Вокруг света
«Это счастье, когда человек на своем месте!» «Это счастье, когда человек на своем месте!»

Михаил Полицеймако: какой он вне экрана и сцены?

Лиза
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
Наталья Сагал: «Мейерхольд посоветовал отцу: «Не говори никому, что твои родители в Америке» Наталья Сагал: «Мейерхольд посоветовал отцу: «Не говори никому, что твои родители в Америке»

Даниил Львович был в хорошем смысле социальным артистом

Коллекция. Караван историй
Секреты «Белого лебедя» Секреты «Белого лебедя»

В России возобновлено производство одного из мощнейших бомбардировщиков мира

Популярная механика
Что делать, если вас укусил шершень: первая помощь Что делать, если вас укусил шершень: первая помощь

Что нельзя делать при встрече с шершнями и как оказать себе первую помощь

РБК
Солнечная энергетика: смещение к югу Солнечная энергетика: смещение к югу

Какое место занимает сейчас солнечная энергетика в структуре мировой энергетики?

Наука и жизнь
Нейроинтерфейсы научились переводить сигналы мозга в текст в четыре раза быстрее Нейроинтерфейсы научились переводить сигналы мозга в текст в четыре раза быстрее

Декодеры научились превращать сигналы мозга в текст в три-четыре раза быстрее

N+1
Чудесная Чудесная

В созвездии Кит расположилась одна из самых удивительных звёзд нашего неба, Мира

Наука и жизнь
Пища для ума: эти доступные продукты Пища для ума: эти доступные продукты

Продукты, которые поддержат активность перегруженного мозга

VOICE
Ближе не будет Ближе не будет

Юлия Высоцкая пригласила к разговору о роли отца психолога Леонида Кроля

Psychologies
Как сочетать вино и продукты. Шеф-повара — о фудпейринге как искусстве Как сочетать вино и продукты. Шеф-повара — о фудпейринге как искусстве

Что определяет наши вкусовые ощущения и как подобрать вино к пицце

РБК
Кадровый резерв: как люди с аутизмом устраиваются на работу и почему это выгодно Кадровый резерв: как люди с аутизмом устраиваются на работу и почему это выгодно

О ситуации с сопровождаемым трудоустройством людей с аутизмом

Forbes
Ученые назвали новый стандарт «пустоты»: абсолютный вакуум Ученые назвали новый стандарт «пустоты»: абсолютный вакуум

NIST утвердил процесс для нового способа достичь «подлинного ничто»

ТехИнсайдер
Моя Беларусь Моя Беларусь

Наше путешествие Минск прошло на удивление спокойно и почти без приключений

Отдых в России
С весны 2024 года водителей ждет пересдача на права. Все билеты-ловушки С весны 2024 года водителей ждет пересдача на права. Все билеты-ловушки

Многие билеты по ПДД составлены так, чтобы максимально запутать водителей

РБК
Союз женщины и одежды Союз женщины и одежды

В чем секрет стиля Одри Хепбёрн

Weekend
9 цитат успешных женщин, которые помогут прийти к цели 9 цитат успешных женщин, которые помогут прийти к цели

Успешные женщины — о том, как выключить перфекционизм и творить в полную силу

Psychologies
«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
Рискованный шаг: почему повышения ставки ЦБ может быть мало для стабилизации рубля Рискованный шаг: почему повышения ставки ЦБ может быть мало для стабилизации рубля

Какие меры были бы более эффективными для стабилизации валютного рынка

Forbes
Размер не главное: самые маленькие квартиры мира Размер не главное: самые маленькие квартиры мира

Крошечные квартиры, которые вы не могли себе даже представить

Правила жизни
Инженеры напечатали веганские кольца кальмара Инженеры напечатали веганские кольца кальмара

Сингапурские ученые напечатали на 3D-принтере вегетарианский морепродукт

N+1
Где родился, там и пригодился: хорошая ли идея, долгое время работать в одной компании? Где родился, там и пригодился: хорошая ли идея, долгое время работать в одной компании?

Однако можно ли считать 10 лет в одной компании большим опытом?

ТехИнсайдер
По наполеоновскому счету По наполеоновскому счету

Во сколько обошлась России Отечественная война 1812 года

Деньги
Бластофаг — пожиратель бластов Бластофаг — пожиратель бластов

Как появился и почему не используется противоопухолевый препарат бластофаг

Наука и жизнь
Сказочное Охотоморье Сказочное Охотоморье

Супруги Кирилл Уютнов и Екатерина Васягина перезимовали на севере Сахалина

Отдых в России
Открыть в приложении