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

Найти Эльдорадо Найти Эльдорадо

Колумбия — одна из модных точек, притягивающих гастротуристов со всего мира

Вокруг света
Как поцелуй на футболе спровоцировал испанское движение #MeToo Как поцелуй на футболе спровоцировал испанское движение #MeToo

Как футбол спровоцировал протесты в Испании

Forbes
Клин с клином Клин с клином

Клинопись – древнейшая известная человечеству система письма

Вокруг света
«Мы не можем ждать милостей от природы». Кто придумал плодово-ягодные культуры «Мы не можем ждать милостей от природы». Кто придумал плодово-ягодные культуры

История великого селекционера Ивана Мичурина, который вывел тысячи новых сортов

СНОБ
Где рождается свет Где рождается свет

Что такое Солнце? Газовый шар плотнее воды, мощнейший термоядерный реактор

Вокруг света
Час X-лучей: как японский спутник будет изучать самые горячие объекты во Вселенной Час X-лучей: как японский спутник будет изучать самые горячие объекты во Вселенной

Рентгеновский телескоп XRISM сможет заглянуть в окрестности черных дыр

Forbes
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
Жизнь под буквами Жизнь под буквами

Населенные пункты с самыми длинными названиями, состоящими из одного слова

Вокруг света
«У нас хватило ума…» «У нас хватило ума…»

Как завершалась холодная война между СССР и США?

Дилетант
Библиофутурология: от фонокниги до книгофильма Библиофутурология: от фонокниги до книгофильма

Какие из их предсказаний писателей о будущем книг сбылись?

Наука и жизнь
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
Вред алкоголя: 6 причин отказаться от спиртных напитков Вред алкоголя: 6 причин отказаться от спиртных напитков

Алкоголь безопасен в малых дозах? Почему есть смысл отказаться от него насовсем?

РБК
Икс таинственный, великий Икс таинственный, великий

Как икс стал символом неизвестного?

Наука и жизнь
Хотите быть счастливой парой? Запомните эти 10 советов Хотите быть счастливой парой? Запомните эти 10 советов

Психолог рассказала, какие действия можно предпринять для улучшения отношений

Psychologies
Сумасшедшая на чердаке: как женское безумие в книгах было связано с борьбой за права Сумасшедшая на чердаке: как женское безумие в книгах было связано с борьбой за права

Как женское безумие было связано с эмансипацией и борьбой за гендерное равенство

Forbes
«От вакансий руки опускаются»: как я полгода училась на тестировщика, а теперь не могу найти работу «От вакансий руки опускаются»: как я полгода училась на тестировщика, а теперь не могу найти работу

Легко ли сменить специальность?

VOICE
Солнечная энергетика: смещение к югу Солнечная энергетика: смещение к югу

Какое место занимает сейчас солнечная энергетика в структуре мировой энергетики?

Наука и жизнь
Вовлеченность отцов в воспитание связали со сниженным риском задержки нервно-психического развития у детей Вовлеченность отцов в воспитание связали со сниженным риском задержки нервно-психического развития у детей

В вовлеченность отцов в воспитание снизила риск задержки развития детей

N+1
Путь повара Путь повара

Как шеф-повар Андрей Жданов строил свою карьеру

Bones
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
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
Мертвый язык Мертвый язык

«...мертвым он был в самом прямом смысле, речь шла о языке мертвых!»

Вокруг света
«‎Кто ты без костюма?» История человека, придумавшего бодибилдинг‎ «‎Кто ты без костюма?» История человека, придумавшего бодибилдинг‎

Отец бодибилдинга вообще-то шел сначала по пути святого отца

СНОБ
Настоящий подполковник Настоящий подполковник

23 февраля 1981 года подполковник Антонио Техеро захватил испанский парламент

Дилетант
Техношея Техношея

Почему нам всем грозит tech neck и как защитить свою шею от колец Венеры?

Собака.ru
«Отец ядерной бомбы»: 7 малоизвестных фактов о Роберте Оппенгеймере «Отец ядерной бомбы»: 7 малоизвестных фактов о Роберте Оппенгеймере

Какой жизнью жил Роберт Оппенгеймер и о чем больше всего жалел в её конце?

СНОБ
«Пришёл дать вам волю» «Пришёл дать вам волю»

30 августа 2022 года ушёл из жизни Михаил Сергеевич Горбачёв. Вспоминаем

Дилетант
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
Какие новые инструменты использует ФНС для взыскания налогового долга Какие новые инструменты использует ФНС для взыскания налогового долга

ФНС все чаще использует новые инструменты в вопросах взыскания налоговых долгов

Forbes
Рисунок дюн расскажет о геологической истории планет Солнечной системы Рисунок дюн расскажет о геологической истории планет Солнечной системы

Дюны помогут узнать больше о планетах Солнечной системы

ТехИнсайдер
Открыть в приложении