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

Мертвый язык Мертвый язык

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

Вокруг света
От тьмы — к звездам: 11 полнометражных фильмов Кристофера Нолана от худшего к лучшему От тьмы — к звездам: 11 полнометражных фильмов Кристофера Нолана от худшего к лучшему

Нелинейное повествование — основа метода Кристофера Нолана. 11 его фильмов

Правила жизни
Клин с клином Клин с клином

Клинопись – древнейшая известная человечеству система письма

Вокруг света
«Счастье не за горами»: культурный гид по Перми «Счастье не за горами»: культурный гид по Перми

Что сегодня можно увидеть в Перми и в какие музеи ходить?

Forbes
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Как пытались получить доказательства в пользу населённости соседних планет

Наука и жизнь
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
Большинство мужчин тшинецкого культурного круга унаследовали Y-хромосому от европейских охотников-собиратей Большинство мужчин тшинецкого культурного круга унаследовали Y-хромосому от европейских охотников-собиратей

Для общин тшинецкого культурного круга была характерна патрилокальность

N+1
Лояльность под вопросом Лояльность под вопросом

Потребительские компании пересматривают свои программы лояльности для клиентов

Эксперт
Феномен курортных романов: почему отдыхающие охотнее идут на измену Феномен курортных романов: почему отдыхающие охотнее идут на измену

В чем причина того, что люди на курортах легче решаются на измену?

Psychologies
Немирное «земледелие» Немирное «земледелие»

Как работает система залпового минирования

Популярная механика
Ралли «Шёлковый путь 2023». Итоги Ралли «Шёлковый путь 2023». Итоги

Новое издание было уникально как по спортивной составляющей, так и по эмоциям

4x4 Club
Комиссарши в пыльных шлемах Комиссарши в пыльных шлемах

Прекрасные дамы, которые активно участвовали в революции

Дилетант
Чтение выходного дня: отрывок из книги «Архитектура без архитектора: вернакулярные районы городов мира» Андрея Иванова Чтение выходного дня: отрывок из книги «Архитектура без архитектора: вернакулярные районы городов мира» Андрея Иванова

Древний город Городец где сохранилась уникальная деревянная застройка

Правила жизни
True crime: 5 книг о психологии преступников True crime: 5 книг о психологии преступников

5 документальных книг о маньяках, психологии убийц и изнанке работы полиции

TechInsider
Мыши с ГМ-клетками послушали группу Queen и выработали инсулин Мыши с ГМ-клетками послушали группу Queen и выработали инсулин

Ученые внедрили механочувствительные рецепторы в клетки, вырабатывающие инсулин

N+1
Интересный факт! Как древние переселенцы из Причерноморья поразили современных археологов Интересный факт! Как древние переселенцы из Причерноморья поразили современных археологов

Археологи сделали удивительное открытие, о котором раньше «они только мечтали»

TechInsider
Сад с продолжением Сад с продолжением

Ежегодно садоводам требуется 24 млн саженцев плодово-ягодных культур

Агроинвестор
«Не спорь со мной»: как мирно решать конфликты «Не спорь со мной»: как мирно решать конфликты

Как решать конфликты, а не избегать их?

Psychologies
«Как Германия преодолевает нацистское прошлое» — отрывок из книги историка «Как Германия преодолевает нацистское прошлое» — отрывок из книги историка

Отрывок из книги Александра Борозняка «Жестокая память»

СНОБ
Как стать успешным блогером и можно ли на этом заработать в 2023 году Как стать успешным блогером и можно ли на этом заработать в 2023 году

Когда можно выгодно вложиться в личный блог в 2023 году, а когда не стоит

РБК
Динозавр съел баннер: 10 выдающихся рекламных кампаний голливудских фильмов Динозавр съел баннер: 10 выдающихся рекламных кампаний голливудских фильмов

Десять примеров выдающихся промокампаний по продвижению кино в Голливуде

Правила жизни
Ад оказался ближе центра Земли: какую загадку хранит 12-километровая Кольская сверхглубокая скважина Ад оказался ближе центра Земли: какую загадку хранит 12-километровая Кольская сверхглубокая скважина

Сверхглубокую Кольскую скважину начали бурить в 1970-е годы... что там нашли?

TechInsider
Осетрина для дедушки. Что можно считать психологической травмой Осетрина для дедушки. Что можно считать психологической травмой

Чем психологическая травма отличается от обучающих подростка программ и событий

СНОБ
Психолог, юрист, убежище: как в Нижнем Новгороде помогают пострадавшим женщинам Психолог, юрист, убежище: как в Нижнем Новгороде помогают пострадавшим женщинам

Как женщины в регионах объединяются и сами помогают друг другу?

Forbes
Волшебный порошок: на что способна хозяйственная бура Волшебный порошок: на что способна хозяйственная бура

Вот как можно использовать хозяйственную буру в быту

TechInsider
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
Свеклосахарный оптимизм Свеклосахарный оптимизм

Производство сахара и доходность в сезоне 2023/24 могут быть на высоких уровнях

Агроинвестор
Война, любовь и ретро-детектив: пять лучших книжных новинок лета Война, любовь и ретро-детектив: пять лучших книжных новинок лета

В последний летний месяц еще можно успеть взять большой роман и прочитать его

Forbes
Мостинг, бредкрамбинг и другие кошмарные тренды в отношениях Мостинг, бредкрамбинг и другие кошмарные тренды в отношениях

Тренды современных отношений, которых лучше бы вообще не было

VOICE
Открыть в приложении