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 пустота Великая пустота

Монголия – наименее населенная страна мира

Вокруг света
К середине века волны жары будут угрожать здоровью всех детей мира К середине века волны жары будут угрожать здоровью всех детей мира

К 2050 году каждый ребенок в мире рискует столкнуться с частыми волнами жары

N+1
Белых пятен больше нет Белых пятен больше нет

Десять удивительных географических объектов, открытых в XX и XXI веке

Вокруг света
10 вещей, которых вы не поймете, если не жили в коммуналке 10 вещей, которых вы не поймете, если не жили в коммуналке

10 самых странных вещей, с которыми приходилось сталкиваться в коммуналке

Psychologies
Большая добыча Большая добыча

Печальные последствия встречи человека с природой Антарктики

Вокруг света
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
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
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
Быть на вершине Быть на вершине

Удовольствие, свобода и безумие во французских Альпах

Автопилот
15 неприхотливых домашних растений, которые работают в квартире как фильтры воздуха и помогают дышать полной грудью 15 неприхотливых домашних растений, которые работают в квартире как фильтры воздуха и помогают дышать полной грудью

Узнай, что выращивать на подоконниках

VOICE
Что упало, не пропало Что упало, не пропало

Метеоритные кратеры на Земле

Наука и жизнь
Юрий Симонов («Заточка»): «Лирический герой, от имени которого большинство историй рассказано, он, конечно, я» Юрий Симонов («Заточка»): «Лирический герой, от имени которого большинство историй рассказано, он, конечно, я»

Солист кантри-рэп группы «Заточка» о вселенной своих песен и отношении к деньгам

Maxim
Рождение и гибель мегаполисов Рождение и гибель мегаполисов

Почему Вавилон пришел в упадок?

Вокруг света
Полуостров сокровищ Полуостров сокровищ

Как и тысячи лет назад, золото возбуждает алчность контрабандистов

Правила жизни
Робот учится так браться за инструмент, чтобы можно было его использовать Робот учится так браться за инструмент, чтобы можно было его использовать

Ученые улучшили способность роботизированной руки манипулировать объектами

ТехИнсайдер
Like A Virgin: культовые образы Мадонны Like A Virgin: культовые образы Мадонны

Самые узнаваемые образы Мадонны, которые мода уже вряд ли забудет

Правила жизни
«Город дам»: как были устроены женские коммуны в средневековой Европе «Город дам»: как были устроены женские коммуны в средневековой Европе

Глава из книги «Архитектура без архитектора»

Forbes
Доллар выше 100 рублей: как остановить обвал российской валюты и спасти деньги Доллар выше 100 рублей: как остановить обвал российской валюты и спасти деньги

Что происходит с рублем и что будут предпринимать власти?

Forbes
Женщина в пути: как путешествия стали дорогой к эмпауэрменту Женщина в пути: как путешествия стали дорогой к эмпауэрменту

Как гендерное равенство меняет тревел-индустрию?

Forbes
6 экранных пар, в любовь которых мы не поверили, как они ни старались 6 экранных пар, в любовь которых мы не поверили, как они ни старались

Экранные пары, которые нас совсем не тронули

VOICE
Сестра Мордюковой: «Женское счастье Нонна так и не нашла. ей попадались не те мужчины» Сестра Мордюковой: «Женское счастье Нонна так и не нашла. ей попадались не те мужчины»

Людмила Мордюкова рассказала о непростой, но такой яркой жизни своей сестры

Караван историй
Мертвый язык Мертвый язык

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

Вокруг света
Как понять, что волосы сухие и ломкие из-за жесткой воды, и что делать: советы эксперта Как понять, что волосы сухие и ломкие из-за жесткой воды, и что делать: советы эксперта

Почему ты ухаживаешь за волосами, а они все равно остаются сухими и тусклыми?

VOICE
Докричаться до небес Докричаться до небес

Какие психологические механизмы стоят за гаданиями и предсказаниями?

Psychologies
Молчать нельзя говорить: к чему приводит отсутствие полового воспитания девочек Молчать нельзя говорить: к чему приводит отсутствие полового воспитания девочек

Как избежать последствий отсутствия полового воспитания?

Psychologies
Фильмы и сериалы с похожими названиями, которые всех сбивают с толку Фильмы и сериалы с похожими названиями, которые всех сбивают с толку

Несколько обескураживающих названий фильмов, которые сбивают всех с толку

Maxim
Восточная подсказка Восточная подсказка

Подробная инструкция по пользованию Дубаем

Правила жизни
Вы будете смеяться, когда узнаете интимные подробности выражения Вы будете смеяться, когда узнаете интимные подробности выражения

Почему именно песок сочится из старческих щелей?

ТехИнсайдер
Альберт Эйнштейн: счастливые годы в Берне Альберт Эйнштейн: счастливые годы в Берне

Чем Альберт Эйнштейн занимался в Берне в 1905-1908 годах

Наука и жизнь
Физики после 67 лет поисков поймали «демона»: безмассовую, нейтральную частицу Физики после 67 лет поисков поймали «демона»: безмассовую, нейтральную частицу

Группа исследователей обнаружила безмассовую нейтральную частицу

ТехИнсайдер
Открыть в приложении