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

Вопрос / ответ Вопрос / ответ

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

Вокруг света
Изящный Дубай: как обстоят дела с искусством в ОАЭ Изящный Дубай: как обстоят дела с искусством в ОАЭ

Три сюжета, которые характеризуют культурную жизнь ОАЭ и Саудовской Аравии

Правила жизни
Чудесная Чудесная

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

Наука и жизнь
Библиофутурология: от фонокниги до книгофильма Библиофутурология: от фонокниги до книгофильма

Какие из их предсказаний писателей о будущем книг сбылись?

Наука и жизнь
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
Зависимости, геноцид и отношения на расстоянии: 10 лучших новых подкастов Зависимости, геноцид и отношения на расстоянии: 10 лучших новых подкастов

Девять новых бесплатных подкастов на русском языке

Forbes
Тёмное зазеркалье Тёмное зазеркалье

Рядом с нами может существовать параллельный зеркальный мир, названный теневым

Наука и жизнь
Проклятие «века смартфонов»: что такое цифровое слабоумие и как распознать его у себя Проклятие «века смартфонов»: что такое цифровое слабоумие и как распознать его у себя

Из-за того, что устройства стали чересчур умными, нам грозит диджитал-деменция

VOICE
Мы из будущего Мы из будущего

Кто же такие эти промт-дизайнеры или AI-тренеры?

ТехИнсайдер
Выбор принцессы: солнцезащитные очки, как у принцессы Дианы - 8 стильных моделей Выбор принцессы: солнцезащитные очки, как у принцессы Дианы - 8 стильных моделей

Хочешь выглядеть, как королевская особа – учись у настоящей принцессы

VOICE
«Одноклеточная биология» «Одноклеточная биология»

Все живые существа состоят из клеток, и клетки эти — разные

Наука и жизнь
Неочевидные минусы СССР Неочевидные минусы СССР

Старшее поколение уже не помнит, а молодежь еще не знает

Maxim
Экспансия из рая Экспансия из рая

Кто первым и зачем покинул океан

Вокруг света
Михаэль Шумахер: биография от А до Я Михаэль Шумахер: биография от А до Я

Многочисленные триумфы и страшная трагедия — судьба Михаэля Шумахера

РБК
Холодное пиво в жару: пить или не пить Холодное пиво в жару: пить или не пить

Пиво и жара рождены друг для друга! Разбираемся, полезно такое сочетание или нет

Maxim
Не красавицы, а глаз не отвести! Как в молодости выглядели актрисы, которые не вписываются в бьюти-стандарты Не красавицы, а глаз не отвести! Как в молодости выглядели актрисы, которые не вписываются в бьюти-стандарты

Как же в молодости выглядели обладательницы необычной внешности

VOICE
Повод для праздника: как в обществе меняется отношение к разводам Повод для праздника: как в обществе меняется отношение к разводам

Как менялось отношение к расторжению брака и как его воспринимают сейчас

Forbes
3 типа привязанности: как от них зависят наши отношения с мужчинами 3 типа привязанности: как от них зависят наши отношения с мужчинами

Определи свой (и его) тип привязанности — и узнаешь, что со всем этим делать

VOICE
Баня на полюсе Баня на полюсе

Сергей Беляев о том, как этим летом парил китайских туристов на Северном полюсе

Отдых в России
Спутниковые снимки подтвердили способность песцов создавать оазисы в тундре Спутниковые снимки подтвердили способность песцов создавать оазисы в тундре

Канадские ученые подтвердили, что песцы являются экосистемными инженерами

N+1
Анализ писем графа Дракулы показал, что у него было заболевание, из-за которого он плакал кровью Анализ писем графа Дракулы показал, что у него было заболевание, из-за которого он плакал кровью

Правитель Валахии XV века Влад III (прототип графа Дракулы) мог плакать кровью

ТехИнсайдер
На птичьем языке На птичьем языке

В северных турецких горах спрятана небольшая деревенька под названием Кушкёй

Вокруг света
Культура Культура

Сюжеты, характеризующие культурную жизнь современных ОАЭ и Саудовской Аравии

Правила жизни
Почему близкие вас не поддерживают: 7 причин Почему близкие вас не поддерживают: 7 причин

Что делать, если близкие нас не поддерживают?

Psychologies
Что важно сегодня знать о Луне и «Луне-25» Что важно сегодня знать о Луне и «Луне-25»

Почему миссия «Луны-25» так важна

Maxim
5 советских игрушек, которые были только в зажиточных семьях 5 советских игрушек, которые были только в зажиточных семьях

Рассказываем, какими были модные дорогие игрушки в СССР

Psychologies
«Я падала в обморок, когда весила 45 кг»: Алена Шишкова призналась, что страдала от булимии и анорексии «Я падала в обморок, когда весила 45 кг»: Алена Шишкова призналась, что страдала от булимии и анорексии

Модель Алена Шишкова впервые откровенно рассказала о проблемах со здоровьем

VOICE
«Почему ты такая худая»: что такое скинни-шейминг и как он влияет на женщин «Почему ты такая худая»: что такое скинни-шейминг и как он влияет на женщин

Худые люди тоже сталкиваются с буллингом — из-за «недостаточного веса»

Forbes
Как появилась традиция кричать молодоженам «Горько!»? Как появилась традиция кричать молодоженам «Горько!»?

Разбираемся в славянских брачных обрядах

Культура.РФ
Революция игрушек: как из пупсов и хозяюшек куклы стали символами эмансипации Революция игрушек: как из пупсов и хозяюшек куклы стали символами эмансипации

Как менялись игрушки под влиянием социальных сдвигов

Forbes
Открыть в приложении