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

Русский тур Русский тур

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

Вокруг света
Время жить Время жить

Квартира в Москве в духе интерьеров советской интеллигенции

SALON-Interior
Жизнь в серебре Жизнь в серебре

Чем живет город Гуанахуато, обеспечивший современный миропорядок?

Вокруг света
Запад на Востоке Запад на Востоке

Филолог Арсений Дежуров написал о диалоге между двумя великими цивилизациями

Правила жизни
Вопрос / ответ Вопрос / ответ

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

Вокруг света
Упал, очнулся – гипс Упал, очнулся – гипс

Как оказать первую помощь при переломе, а чего делать нельзя

Лиза
Сюрпризы «огненной» льнянки Сюрпризы «огненной» льнянки

Когда льнянка зацветет — не заметить её невозможно!

Наука и жизнь
«Идти таким же путем никому не советую»: как за время декрета я стала стоковым иллюстратором «Идти таким же путем никому не советую»: как за время декрета я стала стоковым иллюстратором

Как Екатерина в 30 лет бросила работу инженером и стала иллюстратором?

VOICE
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Стрелки на глазах: какие выбрать и как правильно нарисовать Стрелки на глазах: какие выбрать и как правильно нарисовать

Стрелки на веках — один из самых актуальных вариантов макияжа в 2023 году

РБК
Игра с драконами Игра с драконами

Хотя маджонг не имеет международного признания, он известен во всем мире

Вокруг света
Сокровища Балтики Сокровища Балтики

Куршская коса – узкая полоса земли, разделяющая море и залив

Лиза
Сбитый «Боинг» Сбитый «Боинг»

Ранним утром 1 сентября 1983 года истребитель СУ-15 был поднят по тревоге

Дилетант
Нравиться всем или себе? Находим золотую середину Нравиться всем или себе? Находим золотую середину

Как здраво оценивать себя?

VOICE
Оцифрована, околдована Оцифрована, околдована

Виртуальный мир уже проник не только в наши умы, но и под наши одеяла

Men Today
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
Ближе не будет Ближе не будет

Юлия Высоцкая пригласила к разговору о роли отца психолога Леонида Кроля

Psychologies
Микроорганизмы разогрели Землю во время ледникового периода 300 миллионов лет назад Микроорганизмы разогрели Землю во время ледникового периода 300 миллионов лет назад

Быстрое потепление 304 млн лет назад произошло из-за большого количества метана

ТехИнсайдер
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
Бокал за ужином не повредит: что такое высокофункциональный алкоголизм Бокал за ужином не повредит: что такое высокофункциональный алкоголизм

Что такое высокофункциональный алкоголизм и где его грань

Forbes
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
Надоел ваш феминизм: за что мужчины обиделись на «Барби» Надоел ваш феминизм: за что мужчины обиделись на «Барби»

Почему фильм «Барби» оказался настолько смешным и провокационным?

VOICE
Ранняя слава, внебрачный сын и страшная болезнь: какой была жизнь самого «русского» итальянца Тото Кутуньо Ранняя слава, внебрачный сын и страшная болезнь: какой была жизнь самого «русского» итальянца Тото Кутуньо

Вспоминаем счастливые моменты и трагедии жизни Тото Кутуньо

VOICE
12 фильмов Венецианского кинофестиваля 12 фильмов Венецианского кинофестиваля

Старейший в мире Венецианский кинофестиваль в этом году проводится в 80-й раз

Weekend
Рой шестиколесных грузовых платформ перевезет почти 40 тонн груза Рой шестиколесных грузовых платформ перевезет почти 40 тонн груза

Ученые разработали систему для транспортировки тяжелых крупногабаритных грузов

N+1
Коварный вирус. 8 фактов, которые перевернут твое представление об этой болезни Коварный вирус. 8 фактов, которые перевернут твое представление об этой болезни

Наверное, нет ни одного человека, который хотя бы раз не переболел ротавирусом

Лиза
Чего не стоит делать, если вы хотите произвести хорошее впечатление: 4 ошибки Чего не стоит делать, если вы хотите произвести хорошее впечатление: 4 ошибки

Чего следует избегать, если вы хотите произвести положительное впечатление

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

NIST утвердил процесс для нового способа достичь «подлинного ничто»

ТехИнсайдер
В мозгу и сердце человека найдены следы микропластика: медики бьют тревогу В мозгу и сердце человека найдены следы микропластика: медики бьют тревогу

Микропластик присутствует повсюду, в том числе он проникает в наши тела

ТехИнсайдер
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
Открыть в приложении