В МГУ научились «взвешивать» скрытые чёрные дыры

Астрономы Государственного астрономического института нашли способ оценки массы чёрной дыры, даже если она почти не проявляет себя

Алексей Щербаков

29 сентября, 2017 16:25

4 мин

«Не проявляет себя» сказано, конечно, образно. Потому что чёрные дыры — пока чисто гипотетические объекты. Их гравитационное притяжение настолько велико, что из их плена не может вырваться даже свет!

Теоритически существование чёрных дыр доказано решением некоторых точных уравнений Эйнштейна. А на практике астрономы неоднократно наблюдали результат взаимодействия чёрных дыр с падающим на них веществом.

«Если чёрная дыра поглощает вещество, возникает аккреция - из-за трения и нагрева возникает излучение.

Мы опосредованно видим этот объект и можем утверждать, что это чёрная дыра, — пояснила ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ Елена Сейфина. — Если же чёрные дыры не имеют такой подпитки, то мы можем даже не подозревать об их существовании».

Астрономы под руководством Елены Сейфиной попытались узнать природу черных дыр, их внимание привлекло несколько вспышек из внегалактических источников.

Одну из них, Swift J1644+57, астрономы наблюдали в 2011 году в рентгеновском и гамма-диапазоне сразу несколькими космическими обсерваториями (RXTE, Swift и Suzaku).

Учёные тогда решили, что «подсекли» гамма-рентгеновский всплеск (GRB — gamma-ray burst), похожий на те, что наблюдают в отдалённых галактиках в самой жёсткой части электромагнитного спектра. Но держится такое излучение, обычно не больше двух дней.

«Монитор гамма-всплесков BAT спутника Swift зарегистрировал, что спустя два дня всплеск стал ещё более ярким. Всего эта вспышка наблюдалась два года, после чего погасла», — пояснила Сейфина.

Тогда ученые решили исключить этот объект из списка гамма-рентгеновских всплесков, и стали подозревать, что на самом деле наблюдают приливное разрушение звезды сверхмассивной чёрной дырой.

Звезда, которая приблизилась к чёрной дыре (в пределах трёх гравитационных радиусов), подверглась приливному разрушению. При этом её вещество не сразу падает на дыру, а образует временный аккреционный диск, который начинает ярко светиться, что и можно заметить с Земли.

^{«Голодная» чёрная дыра с ярким диском аккреции и релятивистскими струями (джетами) поглощает «зазевавшуюся» звезду.}

Ранее ученые высчитывали массу чёрной дыры исходя из максимальной светимости аккреционных дисков. Но для вычислений требовалось предположить, что гравитационные силы и электромагнитное излучение в диске находятся в равновесии.

Но ведь если разница только в спектрах, которая возникает из-за того, что объекты находятся на разном расстоянии. А формы спектров вспышек похожи, то процессы, происходящие в них, тоже должны быть идентичны.

Заметив сходство между треками (зависимость наклона спектра от темпа аккреции) известных объектов и треками новых внегалактических вспышек, ученые предположили, что они также вызваны раздиранием звезд чёрными дырами. Что позволило «взвесить» невидимые черные дыры по-новому, сопоставив их с чёрными дырами известной массы внутри нашей Галактики.

Новый метод «взвешивания» позволяет использовать данные по уже хорошо и давно изученным галактическим объектам, как, например, объект Лебедь X-1 с чёрной дырой в центре.

«Расчёты показали, что внутри Swift J1644+57 действительно сидела сверхмассивная чёрная дыра массой 7 × 106 масс Солнца. Мы её не видим, но она ярко светила за счёт образования аккреционного диска вокруг себя», — пояснила Сейфина.

Новый способ оценки массы позволяет ограничиться только рентгеновским диапазоном, хотя раньше использовался ещё и ультрафиолет. Ученые ГАИШ МГУ надеются, что универсальность нового способа поможет в оценке масс сложных внегалактических объектов и в том числе ядер сейфертовских галактик, когда традиционные методы принципиально не работают.

Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics.