Как известно, есть два основных класса объектов, интерпретируемых как "черные дыры". Во-первых, это сверхмассивные ЧД, содержащие массу миллионов и даже миллиардов солнц, - они содержатся в ядрах большинства галактик, включая наш собственный Млечный путь. В самых экстремальных случаях (когда галактика совсем небольшая, а ее ядро чрезвычайно активно), получается квазар, такие квазары светят нам с самого края Вселенной, свет от них до Земли добирается многие миллиарды лет. Черные дыры более скромных, "звездных" масс и небольших размеров (под размерами ЧД обычно подразумевают размеры ее "горизонта событий" - то есть сферы, из-под которой не в силах вырваться ни материальное тело, ни излучение) содержат массу 5-20 солнц. Они рождаются в результате коллапса ядра массивных звезд на последних стадиях звездной эволюции. Наша Галактика, по всей видимости, содержит миллионы черных дыр этого второго типа. А вот неведомые черные дыры-"середнячки" должны обладать "промежуточной" массой в сотни и тысячи солнц. Их существование до сих пор оставалось под вопросом, еще и потому, в частности, что неясны механизмы их возможного формирования.
Сами черные дыры, конечно, совершенно невидимы. Однако в их окрестностях периодически протекают различные процессы, информация о которых все-таки доходит до земных телескопов. Образно говоря, черная дыра выдает себя в тот момент, когда "кормится". Вещество, устремляющееся к черной дыре, разогревается до чрезвычайно высоких температур и начинает ярко светиться, в том числе и в рентгеновском диапазоне. XMM-Newton (запущен в декабре 1999 года), специализирующийся на переменных рентгеновских источниках, способен очень эффективно искать такие объекты сразу на весьма обширных участках неба.
Николай Шапошников и Лев Титарчук, работающие в американском Центре космических полетов имени Годдарда (Goddard Space Flight Center - GSFC) NASA в штате Мэриленд, использовали новую методику (предложенную Титарчуком в 1998 году), чтобы определить массу черной дыры Cygnus X-1, расположенной в нашей Галактике в направлении на созвездие Лебедя приблизительно в 10 тысячах световых лет от Земли (заодно были определены массы еще двух "контрольных" черных дыр звездных масштабов, входящих в двойные системы GRO J1655-40 и GRS 1915+105). Шапошников и Титарчук воспользовались услугами американского рентгеновского спутника Rossi X-Ray Timing Explorer - RXTE).
Метод Титарчука опирается на существование зависимости между массой черной дыры и размерами окружающего ее аккреционного диска (аккреционный диск образован захваченным газом, который постепенно поглощается черной дырой, двигаясь к ней по спирали). Чем больше масса черной дыры, тем обширней ее аккреционный диск. Наблюдаемые почти периодические низкочастотные вариации в интенсивности рентгеновского излучения из систем, включающих в свой состав черную дыру, которые получили наименование квазипериодических осцилляций (Quasi-Periodic Oscillations - QPOs), несут на себе отпечаток сдвигов в спектре излучения ярких сгустков вещества во вращающемся аккреционном диске (при движении к нам и от нас). Частота этих колебаний имеет обратную зависимость от массы черной дыры, поскольку скорость движения вещества на последней устойчивой орбите ограничивается лишь скоростью света, а протяженность этой орбиты, проходящей вблизи "горизонта событий", растет вместе с массой коллапсара.
Выяснилось, что Cygnus X-1, входящий в систему из двух компонент (еще с начала 1970-х гг. этот объект считался одним из самых верных кандидатов в черные дыры), содержит в себе 8,7 солнечных масс (плюс-минус 0,8 солнечных масс). Данная система состоит из голубого сверхгиганта и массивного, но невидимого компаньона. Альтернативные методики ранее уже позволили предположить, что этот невидимый объект представляет собой черную дыру, масса которого в 10 раз превосходит массу нашего Солнца.
Работающие независимо от Шапошникова и Титарчука сотрудники того же Годдардовского центра космических полетов Тод Стромейер (Tod Strohmayer), Ричард Мушоцки (Richard Mushotzky) и четверо их коллег воспользовались методом Титарчука для обработки данных, полученных XMM-Newton, и сумели обнаружить настоящую черную дыру промежуточной массы (IMBH). По их оценкам, ультрамощный (ультраяркий) источник рентгеновского излучения (Ultra Luminous X-ray - ULX), находящийся в соседней галактике NGC 5408, предоставляет собой систему с черной дырой массой порядка 2 тысяч солнц. "Это один из лучших кандидатов в IMBH, известных на сегодняшний момент", - считает Стромейер. Галактика NGC 5408 находится в 16 миллионах световых лет от Земли в созвездии Центавра (Кентавра). Нужно отметить, что многие специалисты уже давно подозревали наличие подобной связи ультрамощных источников рентгеновского излучения с черными дырами промежуточной массы, однако твердых доказательств этому до сих пор не находили. Альтернативное объяснение состояло в том, что мы имеем в данном случае дело с "обычными" черными дырами звездной массы, повернутыми к нам своими "джетами" - релятивистскими струями материи, извергаемой из окрестностей черной дыры.
Результаты вышеописанных исследований приводятся в двух статьях, которые будут публикованы в "Астрофизическом журнале" - Astrophysical Journal), их можно найти также и на сайте электронных препринтов arXiv.org: "Quasi-Periodic Variability in NGC 5408 X-1" (T.Strohmayer, R.Mushotzky, L. Winter, R. Soria, P. Uttley, M. Cropper) и "Determination of Black Hole Mass in Cyg X-1 by Scaling of Spectral Index-QPO Frequency Correlation" (N. Shaposhnikov and L.Titarchuk).
Источники:
New technique for 'weighing' black holes - ESA Portal
Scientists pioneer technique for weighing black holes - NASA-Goddard News Release
New Technique for Finding the Mass of Black Holes - Universe Today
Evidence of new type of black hole found - United Press International
Ссылки:
Черные дыры
Черная дыра
Черные дыры
Ультраяркие рентгеновские источники в галактиках - микроквазары или черные дыры промежуточных масс
Быстро колеблющиеся звезды
| А также : | Наука Общество |