Поиск - новости науки и техники

Дыры на весах. Ученые МГУ изобрели новый метод взвешивания гипотетических объектов.

Астрономы МГУ им. М.В.Ломоносова нашли новый способ оценки массы черных дыр за пределами нашей Галактики, даже если они себя почти не проявляют. Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics.

Черные дыры – гипотетические объекты, чье гравитационное притяжение настолько велико, что их не может покинуть даже свет. Их существование следует из решений уравнений Эйнштейна. Астрономы неоднократно наблюдали результат взаимодействия черных дыр с окружающим веществом, например падающим на них газом.
“Если черная дыра поглощает вещество, происходит так называемая аккреция – приращение ее массы. Из-за трения и нагрева возникает излучение, и мы опосредованно видим этот объект. Тогда и появляется основание утверждать, что это черная дыра, – рассказывает ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. П.К.Штернберга МГУ Елена Сейфина. – Если же черные дыры не имеют такой подпитки, то мы можем даже не подозревать об их существовании”.
Чтобы понять природу подобных дремлющих черных дыр, астрономы под руководством Елены Сейфиной обратили внимание на вспышки от внегалактических источников. Одна из них, Swift J1644+57, наблюдалась в 2011 году сразу несколькими космическими обсерваториями (RXTE, Swift и Suzaku) в рентгеновском и гамма-диапазонах. Изначально ученые посчитали, что увидели гамма-рентгеновский всплеск (GRB – gamma-ray burst), подобный тем, что наблюдают в отдаленных галактиках в самой жесткой части электромагнитного спектра. Однако обычно излучение таких вспышек пропадает через день-два, чего не произошло со Swift J1644+57.
“Инструмент BAT на борту спутника Swift навелся на всплеск и увидел, что спустя два дня он стал еще более ярким. Всего вспышка наблюдалась два года, после чего погасла”, – вспоминает Е.Сейфина.
Астрономы исключили объект из списка GRB и стали подозревать, что наблюдают приливное разрушение звезды сверхмассивной черной дырой. Звезда, пролетая на небольшом расстоянии от черной дыры (в пределах трех гравитационных радиусов), подвергается приливному разрушению. При этом ее вещество не сразу падает на дыру, а образует временный аккреционный диск, который начинает ярко светиться, что и можно заметить с Земли.
Прежде единственным способом измерения массы черной дыры в центре таких аккреционных дисков была оценка максимальной их светимости в предположении, что в них достигнуто равновесие между давлением электромагнитного излучения и гравитационными силами.
Ранее, работая над докторской диссертацией, Елена Сейфина наблюдала за аналогичными известными вспышками (с участием черных дыр) как внутри нашей Галактики, так и за ее пределами. В результате она выяснила, как меняется наклон рентгеновского спектра во время нарастания светимости. Были установлены особенности спектра, которые явно указали на наличие в этих объектах черных дыр. Ученые предположили, что если формы спектров аналогичных вспышек похожи, то подобны и процессы, происходящие в них, а разница в спектрах определяется лишь различным расстоянием до объектов.
Заметив сходство между треками (зависимость наклона спектра от темпа аккреции) известных объектов и полученными треками у новых внегалактических вспышек, ученые предположили, что они также вызваны раздиранием звезд черными дырами. Это позволило “взвесить” невидимые черные дыры по-новому, сопоставляя их с галактическими черными дырами известной массы.
Таким образом, новый метод “взвешивания” дремлющих внегалактических черных дыр позволяет использовать данные по известным галактическим объектам, таким, например, как хорошо и давно изученный астрономами объект Лебедь X-1 с черной дырой в центре.
“Расчеты показали, что в объекте Swift J1644+57 действительно сидела сверхмассивная черная дыра массой 7×106 масс Солнца. Это объект, который мы не видим, но который обеспечил высокую светимость за счет образования аккреционного диска вокруг себя”, – поясняет Е.Сейфина.
Если ранее для оценки масс черных дыр использовались наблюдения и в ультрафиолете, то новый способ позволяет ограничиться рентгеновским диапазоном. Ученые надеются, что универсальность нового способа поможет в оценке множества масс разнообразных внегалактических объектов, таких как ядра сейфертовских галактик и другие, когда традиционные методы принципиально не работают.
Пресс-служба МГУ

Нет комментариев