Как были открыты черные дыры промежуточной массы?

О методах определения массы черной дыры и загадке ультрамощных рентгеновских источников

19.08.2014
23 021
Adam Evans
17 августа 2014 года в журнале Nature была опубликована статья с первыми серьезными доказательствами существования черных дыр промежуточных масс. Ученые поделились результатами исследования источника M82 X-1 в галактике Сигара. Мы попросили прокомментировать это открытие доктора физико-математических наук, астрофизика Сергея Попова.

Обычно в астрофизике говорят о двух типах черных дыр. Первые, более известные, возникают в результате эволюции звезд в конце жизни самых массивных из них и, соответственно, имеют звездные массы (примерно от 4 до 20 масс Солнца). С другой стороны, есть сверхмассивные черные дыры. Они находятся в центрах крупных галактик. Например, в центре нашей Галактики есть сверхмассивная черная дыра с массой около 4 миллионов масс Солнца. Некоторые сверхмассивные черные дыры, как показывают наблюдения, могут иметь массы, превышающие и 10 миллиардов масс Солнца.

Некоторое время назад возникло подозрение, что существует еще один тип черных дыр. По своим массам они находятся между звездными и сверхмассивными, поэтому их назвали «черные дыры промежуточных масс». Как люди догадались об их существовании? Представьте, что на какой-то объект падает вещество, при этом выделяется энергия и появляется яркий источник. Кажется, что все просто: чем больше вещества мы кидаем, тем больше энергии выделяется и тем мощнее наш источник. Но вспомним, что, как показал Лебедев более ста лет назад, свет оказывает давление. Это означает, что если возникает очень мощный источник, то свет будет просто сдувать часть вещества. Поэтому возникает естественный предел на мощность (светимость) источника, который зависит от его массы. Чем больше масса того объекта, на который вещество падает, тем мощнее может быть источник. Поэтому, например, квазары такие мощные — они связаны со сверхмассивными черными дырами.

Одиночные компактные объектыАстрофизик Сергей Попов о разрушении двойных систем, обнаружении нейтронных звезд и гравитационном линзировании

Несколько десятилетий назад начали открывать источники, светимость которых нельзя объяснить объектами звездных масс, если, что очень важно, излучение идет равномерно во все стороны. Такие источники назвали сверхмощными, или ультрамощными (в английской литературе — ultraluminous x-ray sources). Что является центральным объектом в ультрамощном источнике? Одна из версий очень проста: представим себе, что этот объект излучает не одинаково во все стороны, а светит, как прожектор, и поэтому нам кажется, что он очень яркий. На самом деле энергии выделяется не очень много, но она направлена узким пучком, и, если она попадает на нас, нам кажется, что мы видим очень мощный источник. Тогда центральным объектом могут быть черные дыры звездных масс. Другая идея предполагает существование черных дыр большей массы (сотни, может быть, тысячи масс Солнца). Это может звучать просто, но совершенно непонятно, как такие черные дыры могут образоваться в природе. Возникла загадка ультрамощных рентгеновских источников, над которой исследователи бьются до сих пор. На протяжении этого времени не прекращался спор: то ли в центре источника черные дыры звездных масс, то ли промежуточные черные дыры.

Наконец получен очень сильный наблюдательный аргумент в пользу того, что в одном источнике мы видим черную дыру промежуточной массы, которая составляет примерно 400 масс Солнца. Как это удалось измерить? Масса измерена непрямым способом. Дело в том, что мы уже знаем достаточно много источников с черными дырами, у некоторых из них есть одно интересное наблюдательное свойство: свет, приходящий от них, показывает почти периодическое излучение на разных характерных частотах. Некоторые из этих частот находятся в гармоническом отношении, например 3 к 2. Если мы видим такое соотношение, то в ряде источников мы можем определить их массу. То есть по некоторым источникам это проверено: мы не знаем, как это работает, но мы знаем, что это работает. В некоторых случаях у нас есть прямые способы определения массы черной дыры, и мы можем понять, как частоты изменения потока излучения соотносятся с массой. Сейчас впервые такое гармоническое колебание удалось увидеть у ультрамощного источника, и именно это наблюдение позволило оценить массу в 400 масс Солнца, что сразу помещает этот объект в класс промежуточных черных дыр. В ходе звездной эволюции невозможно из простой одиночной звезды породить черную дыру с массой в 400 масс Солнца, потому что сейчас самые тяжелые звезды в Галактике, рождаясь, имеют массы чуть больше 100 масс Солнца. Таким образом, мы теперь как минимум знаем, что часть ультрамощных рентгеновских источников должна объясняться черными дырами промежуточных масс.

На этом история не заканчивается. Видимо, часть ультрамощных источников — это все-таки направленные прожекторы. Еще более удивительная новость ждет нас в течение нескольких недель — в топ-журнал уже принята статья, в которой авторы убедительно доказывают, что один из источников вообще не является черной дырой. Следите за обновлениями!

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ
Узнал сам? Поделись с друзьями!
  • Антон

    И что?Теперь им выделить миллиарды надо, на изучение?!

  • есть такое ощущение, что ваши миллиарды будут потрачены на совсем другое 🙂

  • Anatoly Mospan

    (((Видимо, часть ультрамощных источников — это все-таки направленные прожекторы.))) Эта видимость не очевидна, поскольку науке неизвестен способ коллимации коротковолнового излучения.

    (((Это может звучать просто, но совершенно непонятно, как такие черные дыры могут образоваться в природе.))) Совершенно не понятным бывает то, что основано на ошибочных концепциях.

  • Водитель НЛО

    У меня есть сильное подозрение, что никаких «черных дыр» в природе не существует, так как являются они, по сути, не чем иным как математической абстракцией вытекающей из ОТО. До сих пор убедительных доказательств их существования нет, На основании чего в ядро нашей галактики «поселили» сверхмассивную ч. д. вообще открытый вопрос..Все объекты, аномальные свойства которых (светимость, рентгеновские всплески) как-то связывают с влиянием т.н. ч.д., могут быть прекрасно объяснены физикой космической плазмы, магнитных полей и синхротронного излучения, что убедительно показал еще Ханес Алфвен. Ох, дурят нашего брата…

  • Неверно. Существование ЧД в центре Млечного Пути подтверждено прямыми наблюдениями орбит звезд в непосредственной близости от нее. Если бы не было необходимости вводить ЧД как объекты — их бы и не вводили. Объяснить синхоротронным излучением спектр релятивистских объектов — это, конечно, очень сильное утверждение. Только оно не имеет никакого отношения к реальности. Любой хоть чуточку знакомый с механизмами излучения в астрофизике сразу понимает, что это невозможно. В общем, дурят вас. Учите физику.

  • Водитель НЛО

    Простите, а с чего вы так уверены, что эти объекты вообще «релятивистские»? Это могут быть обычные крупные горячие звезды или шаровые скопления с сильными магнитными полями, окруженные облаками плазмы (скажем, остатки взрывов локальных сверхновых или просто газ из локальной области звездообразования), в которой протекают сильнейшие токи, которые создают еще более сильные магнитные поля, которые наводят еще более сильные токи в плазме и так далее. Для объяснения спектра таких объектов может вполне хватить классической магнитогидродинамики плазмы и излучения и эмиссии ионов и электронов и не нужны никакие мифические объекты типа «черных дыр». У нас вот многие физику вроде учат, а вот объяснить внятно, например, почему корона нашего Солнца имеет температуру в несколько миллионов К, в то время как поверхность, которая ближе к источнику энергии из центра звезды, имеет температуру только около 6000 К. Также не могут внятно объяснить почему, например, спиральные галактики имеют рукава. По всем гравитационным моделям их там быть не должно. Никто не знает почему они там есть. И эти самые люди рассказывают мне про сверxмассивную «черную дыру» в центре нашей галактики как про точно установленный факт. То есть штука, которая имеет массу в миллиард Солнц и искажает пространство-время. Подумаешь. Вот мы посмотрели на странное движение звезд и точно знаем, что она там есть. Вам не кажется это смешным?

  • Механизм разогрева короны Солнца — это, по видимому, микровспышки из-за пересоединения магнитных трубок. Проблема здесь вполне конкретная — нет наблюдений достаточно высокого пространственного разрешения. Спиральные рукава галактик вообще не являются проблемой. Во многих гидродинамических расчетах они появляются, более того, существуют даже конкурирующие модели их появления. Проблема здесь в деталях — как объяснить их устойчивость. Но это, очевидно, не проблема гравитации, а проблема гидродинамики. Как известно, даже существование общего решения уравнения Навье-Стокса остается загадкой. Поэтому что говорить о такой сложной системе как эволюционирующая галактика.

    Попытки объяснить наблюдательные проявления кандидатов в ЧД посредством классических процессов в науке закончились десятки лет назад. Так как это невозможно. Легче всего в этом убедиться, конечно, в крайнем случае — на примере блазаров. Из анализа их спектра непосредственно следует, что γ-фактор электронов там достигает многих сотен. Поэтому они и называется релятивистскими объектами.

  • Водитель НЛО

    Спасибо за развернутый ответ. Хотел бы только сказать, что само большое значение Лоренц-фактора для электорнов в этих объектах еще не доказывает гравитационную природу их больших скоростей. В ускорителе эл. частиц значение гамма тоже может быть велико, но никто же не утверждает, что электроны и протоны там падают на ч.д.? Магнитные поля при определнных условиях могут сообшать ионам и електронам вполне себе релятивстские скорости. Другое дело, что механизм образования таких полей в космической плазме еще надо прояснить.

  • Вижу что вы хорошо разбираетесь в астрофизике. Прокомментируйте пожалуйста такую гипотезу —

    Полагаю что квазар — это не одна чёрная дыра, а как минимум — две, близко расположенные. Они своей гравитацией взаимно нарушают горизонт событий друг друга и это позволяет вырваться наружу огромному количеству материи (в том числе и электромагнитного излучения), которое из одиночной чёрной дыры вырваться не может. Этой моделью объясняются также такие явления как

    1) переменность блеска квазара — материя выбрасывается не равномерно. Больше выбрасывается материи периодически, когда чёрные дыры сближаются в своём движении.
    2) наличие двух основных рукавов у большинства спиральных галактик. Так получается потому, что при сближении каждая из черных дыр выбрасывает материю преимущественно в одном направлении.

  • А почему рукавам галактик быть неустойчивыми? Ведь материя, их образующая, взаимно притягивается в полном соответствии с законом всемирного тяготения. И поскольку иных соразмеримых сил к этой материи не приложено, она ведёт себя в некоторой мере подобно привычному нам твёрдому телу, в котором молекулярные силы сцепления значительно превосходят все остальные силы.

  • Zmej

    Как же вы бесите учёные ослы строющие свои бредовые домыслы на основе теории величайшего барана Эйнштейна.зачем нужно тратить пол жизни изучая весь этот бред современной физики что б потом нести ахинею типа чёрных дыр,темной материи и теории струн,не хватает мозгов понять суть вещей так и не стоит выворачивать единственную извилину выдавливая словесный понос.До сих пор не можете объяснить что такое электричество,магнитное поле и гравитация.Вся ваша долбаная астрофизика построена на теории гравитации которой не существует,есть приталкивание не более и ни какой гравитации.Я могу объяснить что такое чёрная дыра,это когда нагнёшь чела раком то увидишь чёрную дыру с горизонтом событий а в корячишь вот тебе и событие.Посмотрите «Ацуковский Эфиродинамика» и если ваши мозги ещё не засохли и осталось способность взглянуть на вещи по другому думаю многое станет понятнее без всякой «астромагии».100 лет топтания на месте,только топчемся всё быстрее и быстрее.Сделали «Адронный коллайдер»нормально так всех на бабло развели,а проще и дешевле было бы взять тарелку и разбить и бить её до тех пор пока это возможно или не надоесть хернёй страдать и ни чего кроме осколков вы не увидите,нафига надо было столько бабла тратить.Токамак замутили ахаха,столько лет и бабла убить и гордо заявлять что плазма просуществовала сколько то микросекуд,утырки бля ни когда этот токамак работать не будет потому что сам принцип его работы не верен,спасибо великому эйнштейну,сраному клерку из патентного бюро,спасибо этому оленю тормознувшему развитие цивилизации на сто лет а может и больше если если у типа учёных мозги на место не встанут и не начнут думать а не бредить теории. «»В.А.Ацуковский — Эфир и эфиродинамика»». думаю единственный здравомыслящий человек который хоть как то пытается понять и объяснить реальную суть вещей,хотя говоря о реальности сего бытия тут ещё бабушка на двое сказала.

  • Zmej

    Нахватался слов а что они означают не понятно,Магнитные трубки абалдеть,плюнь тому уроду в рожу кто тебе об этом расказал.Скоро какой нибудь осёл докажет что инопланетяне солнце углём топят или газом что б мы не мёрзли.

  • Zmej

    Я так понимаю что «чёрная дырища» не что иное как вихрь «вакуума»при уплотнении «вакуума» из центра дыры сыплется протонно-нейтронный газ.Галактика не что иное как «вихрь вакуума» и в центре каждой галактики есть «чёрная дыра» там происходит уплотнение «вакуума» и образование материи,при том галактика единственное «устройство»во вселенной с незамкнутым магнитным полем,поглощая «вакуум»и материализуя протоно-нейтронный газ получается некий реактивный движитель,в таком случае становится понятно почему галактики после «большого взрыва»(очередной бред сивой кобылы) разлетаются с постоянным ускорением что ни кто ни как до сих пор не смог объяснить.

    Опубликовано материалов
    03586
    Готовятся к публикации
    +28
    Самое читаемое за неделю
  • 1
    ПостНаука
    11 649
  • 2
    Гасан Гусейнов
    5 794
  • 3
    Марк Юсим
    2 981
  • 4
    Алексей Лебедев
    2 387
  • 5
    Алексей Муравьёв
    2 295
  • 6
    Михаил Соколов
    2 282
  • 7
    Андрей Цатурян
    2 093
  • Новое

  • NEW
    1 216
  • NEW
    190
  • 1 999
  • 1 226
  • 1 310
  • 2 282
  • 11 649
  • 2 093
  • 2 064