Группа астрономов из института астрономии Гавайев, университета Висконсина, центра космических полетов им. Годдарда и центра космических полетов им. Маршалла в своем докладе на 20-ом симпозиуме по релятивистской астрофизике от 12 декабря представила результаты исследований сверхмассивных черных дыр.



Сверхмассивные черные дыры излучают во Вселенную гораздо больше энергии, чем все звезды вместе взятые. Многие из них сформировались не так давно. Они составляют всего лишь небольшую часть удаленных экзотических объектов, образующих то, что астрономы называют рентгеновским фоном, и производящих равномерно распространяющееся через всю Вселенную рентгеновское излучение

Сверхмассивные черные дыры излучают во Вселенную гораздо больше энергии, чем все звезды вместе взятые. Многие из них сформировались не так давно. Они составляют всего лишь небольшую часть удаленных экзотических объектов, образующих то, что астрономы называют рентгеновским фоном, и производящих равномерно распространяющееся через всю Вселенную рентгеновское излучение.

Исследователи считают, что по крайней мере 15 процентов всех сверхмассивных черных дыр сформировалось, когда возраст Вселенной составлял половину ее сегодняшнего возраста. И в настоящее время черные дыры продолжают расти. Это противоречит существовавшей до сих пор теории, основанной на связи между размерами черных дыр и содержащих их галактик и предполагающей, что черные дыры сформировались тогда, когда формировались галактики.

Массы сверхмассивных черных дыр, образующихся в результате коллапса газовых облаков, от миллионов до миллиардов раз превышают массы звезд, а их размеры сравнимы с размерами нашей Солнечной системы. Астрономы полагают, что большинство галактик, включая и нашу собственную, содержат в центре сверхмассивные черные дыры.

Черные дыры считаются "активными", когда на них происходит аккреция больших количеств вещества. Это вещество, нагретое до миллионов градусов под влиянием сильных гравитационных сил, излучает особенно ярко в рентгеновском диапазоне.

Еще в январе 2000 года было объявлено о том, что с помощью рентгеновской обсерватории Chandra в так называемом рентгеновском фоне удалось разрешить отдельные точечные источники - удаленные галактики с активными черными дырами. Были проведены оптические, субмиллиметровые и радио - наблюдения этих источников. Субмиллиметровые и радио - измерения дают информацию о количестве энергии, испускаемой при формировании сверхмассивных черных дыр.



Вычисленные по данным наблюдений интервалы времени, в течении которых формируется и растет черная дыра, оказались намного большими, чем можно было бы ожидать с том случае, если бы эти черные дыры образовывались в результате слияния крупных галактик, как часто предполагалось до сих пор.

Наземные наблюдения проводились на 10-метровом телескопе Keck (оптические) и телескопе Максвелла (субмиллиметровые). Оба телескопа расположены на Гавайях. Радио - наблюдения проводились с помощью Very Large Array Национальной радио обсерватории (National Radio Observatories)

Одна из наиболее загадочных бинарных систем в нашей звездной системе предоставила свой кров очень массивной черной дыре. Очень крупная черная дыра, - в 14 раз по массе больше, чем Солнце - самая тяжелая из известных черных дыр звездного происхождения в нашей Галактике.


При использовании инструмента ISAAC, установленного на 8.2-метровом телескопе ANTU в ESO Paranal Observatory, международная команда астрономов заглянула в отдаленную область Млечного Пути, чтобы исследовать двойную систему GRS 1915+105, расположенную почти в 40,000 световых годах от Земли.

Ученые идентифицировали слабую звезду, которая "кормит" собой черную дыру посредством перетекания звездного вещества. Детальное дополнительное наблюдение показало, как эта звезда вращается вокруг ее "голодного" компаньона. Анализ ее орбитального движения сделал возможным оценить массу черной дыры. Наблюдение массивной черной дыры в GRS 1915+105 открывает фундаментальные вопросы относительно массивных черных дыр звездного происхождения, - действительно ли такие объекты вращаются вокруг своей оси?

Дистанция между донорской звездой и срастающейся с ней черной дырой - приблизительно половина одной астрономической единицы (то есть половина радиуса земной орбиты).

Несколько объектов в пределах нашей Галактики походят на миниатюрные квазары, которые наблюдаются в центрах отдаленных галактик. Квазары, как полагают, являются своего рода оболочкой, скрывая внутри супермассивные галактические черные дыры. Эти черные дыры испускают обильное количество энергии, поскольку окружающее вещество стекается в диск и по спирали утекает в зону горизонта событий черной дыры. Иногда, квазары выбрасывают настолько сильные струи газа, что они летят со скоростями, близкими к скорости света.

Микроквазары - в основном то же самое явление, но в масштабах – в миллион раз меньше. Они - бинарные звездные системы в нашей Галактике, в которых один из объектов звезда, а другой - нейтронная звезда или черная дыра. Эти микроквазары также показывают признаки энергетического истечения вещества на массивный компактный объект. Наиболее загадочные из этих систем - те, которые содержат черную дыру.

Обнаружение таких объектов, которые подражают свойствам отдаленных квазаров, открывает новые интересные перспективы и позволит нам лучше понять странные явления, которые связаны со струями газа и спиральными дисками вокруг черных дыр.

Бинарная звездчатая система GRS 1915+105 - одна из горстки микроквазаров, известных в нашей Галактике. Эта система была сначала обнаружена в 1994 рентгеновским спутником GRANAT. В рентгеновском спектре из GRS 1915+105 выходят яркие и спорадические выбросы.

Переменное рентгеновское излучение интерпретировалось как причина падения вещества в черную дыру из внутренней области, окружающей спиральный диск струящегося газа. Этот загадочный источник наблюдался также и с целью зафиксировать выбросы горячего газа при скоростях, очень близких к скорости света.

GRS 1915+105 лежит в созвездии Орла и расположен вблизи основной плоскости нашей Галактики, приблизительно в 40 000 световых лет от Солнца. Много газа и пыли в плоскости Галактики скрывают этот объект от нашего взгляда в оптическом диапазоне (видимого света).

Спектральный анализ полос калия (в 2.2 µm почти инфракрасная спектральная область) показывает несколько спектральных особенностей звезды компаньона, которая жертвует свое вещество черной дыре. Присутствие и характеристики этих линий указывают, что эта донорская звезда – звезда малой массы. Но насколько?

Наблюдение, как положения спектральных полос в зоне одноокиси углерода (CO), со временем позволили астрономам измерить орбитальное движение донорской звезды.

Затем были выполнены инфракрасные наблюдения GRS 1915+105, в спектральной области, где сгущение пыли намного менее сильное, чем в видимом свете.

После осторожного анализа наблюдаемых линий спектра, астрономы в итоге пришли к заключению, что звезда, жертвующая вещество массивному компактному объекту – это звезда малой массы класса Солнца. Но это было только начало этой долговременной программы наблюдений.

Наблюдение за движением звезды компаньона выявило, что она вращается вокруг черной дыры примерно со скоростью 140 км/с.

Серия всех этих наблюдений, начатая еще в апреле 2000 года, непрерывно продолжась до сентября 2000 года. Обработка результатов измерений заняла не мало времени.

Результаты показали, что невидимый компаньон в GRS 1915+105 должен в любом случае быть более тяжелым, чем 9.5 солнечных масс.

То, что массивный компактный объект этой системы, скрывающийся под "одеялом" микроквазара может быть или нейтронная звезда или черная дыра, было ясно изначально. Но в пользу того, что там именно черная дыра явилось то обстоятельство, что нейтронная звезда не может быть более тяжелой, чем 3 солнечных массы. Если бы нейтронная звезда была более тяжелой, то она очень быстро бы превратилась в черную дыру.

Поэтому заключение было дано достаточно точно: компактный объект в GRS 1915+105 - действительно черная дыра.

Однако, астрономы добились еще больших успехов. Они оценили фактическую массу черной дыры, по оценке массы звезды-донора, ее орбите вокруг черной дыры и по известным особенностям выбрасываемых струй газа. Результат такой: черная дыра должна взвесить 14 солнечных масс.

До сих пор, около дюжины черных дыр в Галактике были выявлены таким образом (вместе с оценкой их массы). GRS 1915+105 оказался самым тяжелым из всех черных дыр звездного происхождения, известных в нашей Галактике.