Потерянное звено

Композитный снимок центра галактики М82, составленный при помощи «Хаббла», «Спитцера» и «Чандры». Яркая точка на врезе — черная дыра промежуточной массы M82 X-1. Фото: H. Feng et al. / NASA

Астрономы нашли в созвездии Большой Медведицы промежуточное звено в эволюции черных дыр

Александр Телишев

18 августа, 2014 16:42

5 мин

Орбитальные телескопы «Чандра» и RXTE помогли американским астрономам обнаружить и подтвердить существование в галактике М82, расположенной в созвездии Большой Медведицы на расстоянии в 12 миллионов световых лет от Земли, уникальной черной дыры так называемой «промежуточной массы», которая оказалась тяжелее Солнца в 400 раз, а также впервые измерить ее физические свойства. Подобные объекты считаются предтечами сверхмассивных черных дыр, и ее дальнейшее изучение поможет понять, как формируются эти космические тяжеловесы, считают авторы статьи, опубликованной в журнале Nature.

«По не поддающимся объяснению причинам эти объекты сопротивлялись всем попыткам их найти и измерить на протяжении многих десятилетий. Нам нужно было сначала подтвердить их существование при помощи астрономических наблюдений. Мы пока не знаем, как формируются эти объекты — только теперь физики-теоретики смогут начать распутывать эту загадку. Более того, до настоящего времени многие астрономы часто задавались вопросом — существуют ли такие черные дыры вообще, или же их нет в обозримой Вселенной», — рассказывает Ричард Мушотцки из университета штата Мэриленд в Колледж-Парк (США).

Мушотцки и его коллеги, Дираж Пашам и Тод Штромайер из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда, более десяти лет наблюдают за «космической сигарой», или галактикой М82 на языке астрономов, где на рубеже тысячелетий был найден таинственный рентгеновский источник M82 X-1, при помощи инструментов телескопа «Чандра». Его сверхвысокая яркость заставила ученых подозревать, что они имеют дело с черной дырой так называемой промежуточной массы, однако доказать это не получалось из-за проблем с наблюдением за окрестностями центра M82.

Как объясняют авторы статьи, подобные черные дыры привлекают большой интерес астрономов и физиков по одной простой причине — они считаются промежуточным звеном в эволюции сверхмассивных черных дыр, которые играют центральную роль в жизни подавляющего большинства известных нам галактик. Черные дыры промежуточной массы содержат в себе от нескольких сотен до миллиона масс Солнца, что исключает возможность их появления в результате гравитационного коллапса звезд. Сегодня некоторые ученые считают, что подобные объекты рождаются в результате слияния нескольких обычных черных дыр, другие приписывают эту роль столкновениям крупных «звезд-шатунов», а третьи считают их реликтами эпохи Большого Взрыва.

Все эти теории невозможно подтвердить или опровергнуть без открытия хотя бы одной черной дыры из этого класса, в существовании которой не будет сомневаться весомая часть астрономического сообщества. Помимо M82 X-1 на роль первого известного нам объекта промежуточной массы претендуют еще два рентгеновских источника — HLX-1 в созвездии Феникса, катапультированный из галактики ESO 243-49, а также GCIRS 13E в нашей галактике. Многие астрономы подозревают, что эти объекты на самом деле не являются черными дырами, так как их первооткрыватели пока не могут точно измерить их массу и другие физические свойства.

Группа Мушотцки нашла способ развеять эти сомнения, обратив внимание на одну из давно известных ученым особенностей обычных черных дыр — периодичность их рентгеновского излучения. Наблюдения за сотнями подобных объектов в Млечном пути показали, что черные дыры светят в рентгене неравномерно и периодически испускают вспышки, чья частота зависит от того, насколько тяжелой является черная дыра. Чем выше ее масса, тем реже происходят всплески рентгеновской активности.

Авторы статьи предположили, что подобная закономерность может быть справедливой и для черных дыр промежуточной массы. Они проверили эту гипотезу, попытавшись найти в излучении M82 X-1, за которым несколько лет практически неотрывно следили «Чандра» и RXTE, следы двух взаимосвязанных серий рентгеновских вспышек, которые присутствуют в свечении обычных черных дыр.

За шесть лет наблюдений, с 2004 по 2010 год, эти телескопы провели свыше 800 многочасовых сессий наблюдений, что дало Мушотцки и его коллегам огромное поле для поисков нужных им осцилляций. Опираясь на грубые оценки массы M82 X-1, астрономы попытались найти следы этих периодических вспышек в диапазоне от 1 до 16 Герц (от одного до 16 всплесков рентгена в секунду).

Эта инициатива астрономов увенчалась успехом — им удалось найти две серии колебаний на частоте в 3,3 и 5 Герц, присутствовавшие в излучении M82 X-1 на протяжении нескольких лет. Столь низкая частота осцилляций и их постоянство говорят о том, что ученые действительно имеют дело с черной дырой промежуточной массы, а не пульсаром или каким-то иным объектом рентгеновской Вселенной. По расчетам авторов статьи, M82 X-1 в 428 раз тяжелее Солнца, что является достаточно средней по меркам переходных звеньев массой. Это является большим плюсом для физиков-теоретиков, так как в их руки попадает не пограничный случай в виде своеобразного космического «карлика» или «гиганта», а классический представитель своего вида.

Пока возможности ученых наблюдать за этим объектом ограничены одним лишь «Чандрой» — телескоп RXTE вышел из строя в 2012 году, и его замена, орбитальная обсерватория NICER, будет отправлена НАСА на орбиту лишь в августе 2016 года. Как надеются авторы статьи, этот аппарат продолжит разгадывать тайны M82 X-1, а также поможет им проверить еще шесть других рентгеновских источников, которые могут быть черными дырами промежуточной массы.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе