Темнота неведомого типа

Ученый из МГУ придумал, как искать самые необычные черные дыры

Фото:Mopic/shutterstock

Ученые нашли способ обнаружить в космосе сотни объектов ранее неизвестного класса — черных дыр средней массы, рассказал «Чердаку» сотрудник МГУ и Института астрофизических и планетологических исследований в Тулузе Иван Золотухин.

Считается, что черные дыры — области пространства-времени, гравитация которых настолько велика, что даже свет не может их покинуть, — образуются на последней стадии эволюции звезд, когда, раздувшись, те сбрасывают внешние слои и сжимаются под действием собственной гравитации. Так образуются черные дыры звездных масс (5—50 масс Солнца). Кроме того, во Вселенной есть еще сверхмассивные черные дыры — их масса в миллиарды раз больше солнечной и они «живут» в центрах галактик.

«Стройматериал» для сверхмассивных черных дыр

Механизм появления сверхмассивных черных дыр ученым пока непонятен. Золотухин и его коллеги полагают, что они образуются в результате слияния черных дыр меньшего размера. «В ранней Вселенной образовывалось много черных дыр средней массы, они «слипались» в более крупные, и так появились сверхмассивные черные дыры в очень далеких и очень старых галактиках», — пояснил свою гипотезу исследователь.

Однако сверхмассивные черные дыры можно наблюдать в галактиках, образовавшихся уже в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва — процесса, который, как считается, породил Вселенную. По расчетам ученых, такие крупные черные дыры не могли образоваться из черных дыр звездных масс за столь короткое время.

Золотухин и его коллеги считают, что возможным «строительным материалом» для сверхмассивных черных дыр на ранних этапах существования Вселенной могли послужить дыры средней массы. Они могли образовываться из самых ранних появившихся во Вселенной звезд, которые по массе были в сотни раз больше Солнца.

Некоторые из черных дыр средней массы могли остаться во Вселенной до сих пор. По оценкам ученых, в галактике размером с Млечный Путь таких дыр может быть около сотни. Однако до сих пор астрономам был известен лишь один космический объект, подходящий на эту роль, — им стал источник рентгеновского излучения HLX-1. Черные дыры невозможно увидеть, но они очень мощно «светятся» в рентгеновском диапазоне, поэтому их ищут по следу «Х-лучей». HLX-1 был открыт в 2009 году на окраине спиральной галактики ESO 243-49. Ученые полагают, что черная дыра, вокруг которой астрономы также заметили немного звезд, — это все, что осталось от карликовой галактики, столкнувшейся когда-то с более крупной галактикой ESO 243-49.

Соседи по галактике

Для того чтобы найти еще объекты, которые могут быть кандидатами на звание черных дыр средней массы, Золотухин и его коллеги сопоставили объекты из двух астрономических каталогов. Первый — каталог SDSS, в котором зарегистрировано около миллиона галактик, видимых в оптическом диапазоне, и для каждой известно расстояние до нее. Второй — это каталог рентгеновских источников, которые нашла космическая обсерватория XMM-Newton.

«Мы ищем рентгеновские источники вблизи галактик из оптического каталога. Если объект находится в центре галактики, то это сверхмассивная черная дыра, поэтому мы ищем яркие источники на периферии», — пояснил ученый.

Близость к галактике важна, так как позволяет установить расстояние до черной дыры. По расстоянию, в свою очередь, можно судить о яркости излучения, а по ней — о массе черной дыры.

Citizen science

Обработать данные телескопа XMM-Newton ученым помогли добровольцы. «Есть такое понятие, как citizen science («волонтерская наука»). Citizen science — это когда в выполнении научных проектов участвуют добровольцы, которые специального образования не имеют, но зато все вместе могут справиться с большим объемом какой-нибудь однотипной работы. Я подумал, почему бы не сделать похожий проект, но только с небольшим количеством высококвалифицированных волонтеров», — рассказал ученый.

Золотухин сделал доклад на крупной конференции по информационным технологиям в России и предложил слушателям поучаствовать в научной работе. В результате нашлось трое добровольцев — Алексей Сергеев, Аскар Тимиргазин и Максим Чернышов. Профессиональные программисты занялись созданием сайта для работы с данными телескопа XMM-Newton, что существенно упростило работу с ними.

Кандидаты в черные дыры

В результате ученые отобрали 16 объектов-кандидатов в черные дыры средней массы. «По крайней мере 16 черных дыр, хотя вероятно больше, должны оказаться связанными со своими галактиками. Собственно, в этом и заключается наше достижение, потому что пока известен только один такой объект, а мы показываем, что в существующих данных их должно быть около двух десятков», — сказал Золотухин.

Чтобы убедиться, что найденные объекты — действительно черные дыры средней массы, нужно наблюдать их при помощи оптических телескопов. Для этого Золотухин и его коллеги используют шестиметровый телескоп БТА Специальной астрофизической обсерватории в России, а также телескопы в Чили и Аризоне.

Если обнаруженные сейчас объекты действительно окажутся черными дырами нового типа, ученые продолжат поиск новых кандидатов. «XMM-Newton может наблюдать лишь маленький кусочек неба, и за 15 лет точечных наблюдений осмотрел лишь 2% небесной сферы. Что тогда можно сказать про 100%? Наверное, их там будет гораздо больше», — считает Золотухин.

Получить обзор оставшихся 98% неба Золотухин и его коллеги надеются, когда в космос будет запущен и начнет работу российско-немецкий рентгеновский телескоп «Спектр-РГ».

Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.
Теги:

Читать еще на Чердаке: