Астрономы нашли новый способ измерять массу черных дыр

Во Вселенной встречаются двойные системы из звезд, которые связаны гравитацией и вращаются относительно общего центра масс. Они могут обмениваться массой между собой, тогда такая система называется тесной. Выяснилось, что бывают тесные двойные системы не только из звезд, но и из черных дыр. Обмен массой между черными дырами в тесной двойной системе звучит странно, ведь известно, что даже свет не может выбраться из-под горизонта событий черной дыры. Если это действительно так, то обмен масс в тесных двойных системах из черных дыр можно поставить в один ряд с испарением черных дыр по Хокингу. Тем и интересно исследование таких двойных систем.

Одним из примеров таких систем является пара сверхмассивных черных дыр (СМЧД) в центре галактики OJ 287. Ученые полагают, что двойные системы из СМЧД могут образовываться при столкновении двух галактик. Такие системы видели и раньше, однако они располагались ближе, что позволяло увидеть их с помощью телескопов. На большом расстоянии такой возможности нет, и определить, является ли ядро галактики двойной системой из черных дыр, можно только по косвенным признакам – например, по характеру вспышек. При этом возникают некоторые сложности в интерпретации полученных наблюдений. 

Дело в том, что ученым известно явление активности ядер галактик, проявляющееся во всплесках излучения в широком диапазоне и наблюдающееся в 10% галактик. Однако такая активность спонтанна и не имеет строгой периодичности, в то время как вспышки двойной системы должны быть периодичны. Именно это и помогло понять природу ядра галактики OJ 287 – всплески от нее приходили с периодом строго 12 лет, что подтверждается наблюдениями в течение более сотни лет, начиная с 1888 года.

Вспышка появляется при прохождении малой черной дыры через диск галактики. При этом происходит процесс, похожий на приливное разрушение звезд. Малая черная дыра поглощает вещество диска галактики вблизи точки прохождения, это вещество нагревается и излучает энергию в широком диапазоне длин волн – от радио до рентгеновских. По характеру этой вспышки астрономы также смогли понять, что орбита малой черной дыры не совпадает с аккреционным диском большой. 

Астрономы из ГАИШ МГУ с коллегами смогли определить массу меньшей СМЧД из галактики OJ 287 с помощью анализа спектра вспышки, которую зарегистрировал рентгеновский телескоп XRT на борту обсерватории SWIFT. Ученые заметили, что форма спектра эволюционирует характерным для вспышек от черных дыр образом. Сопоставив ее с другими СМЧД и галактиками, ученые смогли определить массу – 1.25×108 масс Солнца, полагая, что расстояние до объекта составляет порядка 1 Гигапарсека.

«Мы получили значение, которое согласуется с предыдущими расчетами и уточняет их. Мы также можем предположить, что и другие ранее открытые ядра галактик могут на самом деле быть двойными системами из сверхмассивных черных дыр, и таких черных дыр может быть больше. С помощью метода скалирования можно будет определять массу объектов в таких системах», – прокомментировала работу Елена Сейфина, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела звездной астрофизики ГАИШ МГУ.