Новий спосіб оцінки маси надмасивних чорних дір за межами нашої галактики запропонували астрономи МДУ.
Чорні діри - космічні тіла, у яких гравітаційне тяжіння настільки велике, що від них не може втекти навіть світло. Їхнє існування випливає з сучасної теорії гравітації - загальної теорії відносності, основоположником якої був Альберт Ейнштейн.
Незважаючи на те, що наявність чорних дір в природі суворо не доведено, у астрономів є підстави вважати, що подібні об'єкти все ж існують. Наприклад, вони неодноразово спостерігали явища, що супроводжуються величезним виділенням енергії, які можна пояснити лише взаємодією масивних чорних дір з падаючою на них навколишньою речовиною. При цьому через тертя і нагрівання речовини виникає випромінювання, що дозволяє опосередковано «побачити» чорну діру.
Якщо ж аккреції - падіння речовини на космічне тіло завдяки його силі тяжіння - немає, то дізнатися про існування чорної діри вкрай скрутно. Дослідники з Астрономічного інституту ім Шáберга МДУ під керівництвом Олени Сейфіної зацікавилися подібними «дрімаючими» надмасивними чорними дірами за межами нашої галактики і запропонували метод оцінки їх маси, навіть якщо вони майже не проявляють себе. Результати дослідження опубліковані в журналі Astronomy and Astrophysics.
Все почалося з того, що астрономи звернули увагу на кілька спалахів від позагалактичних джерел. Одна з них, Swift J1644 + 57, спостерігалася в 2011 році відразу кількома космічними обсерваторіями (RXTE, Swift і Suzaku) в рентгенівському і гамма-діапазоні.
Спочатку дослідники думали, що побачили гамма-рентгенівський сплеск, які вже спостерігали у віддалених галактиках. Однак зазвичай випромінювання таких спалахів пропадає через день-два, в той час як в цьому випадку через два дні сплеск став ще більш яскравим. Всього спалах спостерігався два роки, після чого погасла.
Астрономи почали підозрювати, що спостерігають приливне руйнування зірки, яка пролітає на невеликій відстані від надмасивної чорної діри (в межах трьох гравітаційних радіусів). Зірка руйнується через те, що сили тяжіння значно розрізняються на ближній і дальній до чорної дірі стороні зірки. При цьому її речовина не відразу падає на дірку, а утворює тимчасовий акреційний диск, який починає яскраво світитися, що і видно на Землі.
Раніше Олена Сейфіна спостерігала за подібними спалахами за участю відомих об'єктів, які вважаються чорними дірами, як всередині нашої галактики, так і за її межами і з'ясувала, як змінюється нахил рентгенівського спектру (графіка залежності інтенсивності випромінювання від частоти) під час наростання світності.
Вона встановила особливості спектру, які явно вказували на наявність чорних дір. Астрономи припустили, що якщо форми спектрів аналогічних спалахів схожі, то схожі і процеси, що відбуваються в них. Отже, вони також викликані роздирання зірок чорними дірами. Це дозволяє виявляти нові об'єкти - кандидати в чорні діри.
Маси вже спостережуваних чорних дір астрономи визначають за оцінкою максимальної світності акреційних дисків, що утворюються навколо них з падаючої речовини, вважаючи, що в диску досягнуто рівноваги між тиском електромагнітного випромінювання і гравітаційними силами.
Порівняння треків (залежність нахилу спектру від темпу акреції) відомих об'єктів з треками, отриманими для нових позагалактичних спалахів, дозволило дослідникам «зважити» невидимі чорні діри. Новий метод «зважування» позагалактичних чорних дір дозволяє використовувати дані по відомим галактичним об'єктам, таким, наприклад, як добре і давно вивчений астрономами об'єкт Лебідь X-1 з чорною дірою в центрі. Розрахунки показали, що в спалах Swift J1644 + 57 дійсно пов'язаний з надмасивною чорною дірою масою 7 106 мас Сонця.
Якщо раніше для оцінки мас чорних дір використовувалися спостереження і в ультрафіолеті, то новий спосіб дозволяє обмежитися рентгенівським діапазоном.
Астрономи сподіваються, що універсальність нового способу допоможе в оцінці безлічі мас різноманітних позагалактичних об'єктів, таких, як ядра сейфертовських галактик та інші, коли традиційні методи принципово не працюють.
За матеріалами прес-служби МДУ