Астрономы из МГУ бросили на весы гигантские чёрные дыры

Астрономических объектов нельзя коснуться рукой. Человечество знает о них то, что может сказать, анализируя испускаемый ими свет и другие излучения, например, радиоволны, рентгеновские кванты и космические лучи.

Но чёрная дыра, оправдывая своё название, ничего не испускает в окружающее пространство. Кроме разве что излучения Хокинга, но и оно настолько слабое, что наблюдать его не удаётся.

Правда, при столкновениях чёрных дыр возникают гравитационные волны, которые, кстати, недавно впервые зафиксировали на европейском детекторе. Но инструменты только в 2015 году достигли достаточной точности, чтобы наблюдать такие колебания. К тому же они приносят информацию только о чёрных дырах, которые тяжелее Солнца в 10 – 100 раз.

Сверхмассивную чёрную дыру (миллионы и миллиарды солнечных масс) мы видим в том случае, если на неё падает поток вещества. Затягиваемая "хищником" материя образует диск, который разогревается трением и становится источником мощного излучения (частично за счёт высокой температуры, частично за счёт мощного магнитного поля плазмы). Так появляются активные ядра галактик и квазары – мощнейшие источники излучения во Вселенной.

Вопрос в том, откуда возьмётся такой поток вещества. Если чёрная дыра расположена в центре галактики, в её окрестностях нет недостатка в материи. А вот если на неё нечему падать, то мы и не узнаем о её существовании.

Правда, незаметная громадина может устроить себе временный приток вещества, разорвав звезду. Механизм такого процесса прост: приливное разрушение. Полушарие звезды, которое находится ближе к тяготеющему гиганту, притягивается к нему сильнее, чем то, что находится дальше. В результате звезда деформируется, вытягивается навстречу чёрной дыре. Но она ещё и вращается вокруг своей оси, поэтому через половину оборота поворачивается к чёрной дыре уже другим полушарием и снова деформируется. Если звезда расположена достаточно близко к чёрной дыре, эти деформации настолько сильны, что превышают предел прочности светила, и оно разрушается. Между прочим, подобные возмущения, которые гравитация Сатурна вызывает в недрах Энцелада, порождают его знаменитые гейзеры.

Именно такой процесс и наблюдала команда астрономов под руководством Елены Сейфиной из МГУ. Учёные обратили внимание на несколько вспышек, произошедших за пределами нашей галактики. Одна из них, Swift J1644+57, наблюдалась в рентгеновских и гамма-лучах сразу несколькими орбитальными инструментами (RXTE, Swift и Suzaku).

Сначала учёные посчитали, что увидели гамма-всплеск. Но обычно такие вспышки сходят на нет через день-два. А свечение Swift J1644+57 началось в 2011 году и наблюдалось целых два года.

Тогда астрономы и заподозрили, что имеют дело с разрушением звезды. Между прочим, такие события, в том числе происходившие в нашей галактике, хорошо знакомы Сейфиной. В своей докторской диссертации она выяснила, как меняется рентгеновский спектр такой вспышки по мере нарастания светимости. Такое же изменение учёные обнаружили и у Swift J1644+57.

Это и позволило учёным заключить, что они имеют дело с тем же самым процессом. Но в таком случае существует чёткая связь между рентгеновским спектром вспышки и массой чёрной дыры. Конкретные цифры можно получить, используя данные о чёрных дырах нашей галактики, масса которых уже известна.

"Расчёты показали, что в объекте Swift J1644+57 действительно сидела сверхмассивная чёрная дыра массой 7 миллионов масс Солнца. Это действительно объект, который мы не видим, но который обеспечил высокую светимость за счет образования аккреционного диска вокруг себя", — пояснила Сейфина.

Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Astronomy and Astrophysics.

Ранее массу такого "космического каннибала" можно было оценить лишь по максимальной светимости диска. Считается, что она возрастает до тех пор, пока давление излучения не компенсирует притяжение чёрной дыры.

Но оценка полной светимости – дело хлопотное. Она требует наблюдений не только в рентгеновском и гамма-диапазоне, но и в ультрафиолетовых лучах. А для этого нужны совсем другие инструменты.

Новый способ не так требователен к наблюдательным данным, поэтому он универсальнее. Исследователи надеются, что он поможет определить массу многих других чёрных дыр, в том числе таких, для которых никакие другие способы не работают. Главное, чтобы космический монстр вовремя отобедал звездой.