Установлена точная масса черной дыры

11 декабря 2008

Печать Печать

Учёным удалось вычислить, сколько весит черная дыра в центре нашей Галактики — благодаря тридцати звёздам, которые находятся в непосредственной близости от нее.

Установлена точная масса черной дыры Черная дыра в космосе потяжелела
Дело в том, что одно из светил совершило полный оборот вокруг тёмного объекта, и оказалось, что черная дыра на самом деле больше, чем считали ранее.

Издавна предмет астрономии — космос и его «содержимое» - считался чем-то вечным и неизменным. Безусловно, Солнце всегда всходит на востоке и садится на западе, Луна меняет свои фазы, а планеты медленно перемещаются среди звёзд. Однако сами звёзды находятся настолько далеко от нас, что заметить их движение на небе даже на протяжении существования всей человеческой цивилизации практически не возможно. Астрономы древности и Средневековья говорили, что звёзды неподвижны. Смещение светил друг относительно друга открыли лишь в XIX веке. Но и они были самыми близкими объектами за пределами Солнечной системы.

Кажется, что заметить вращение звёзд вокруг центра Галактики совершенно невозможно, даже если наблюдать за ними в течение жизни нескольких поколений. Дело в том, что Солнцу нужно 200 с лишним миллионов лет, чтобы пройти по своей орбите вокруг галактического центра. В том месте, где оно находится сейчас, Солнце было последний раз в самом начале мезозоя.

Поэтому открытие ученых из Германии, США, Израиля и Франции стало настоящей сенсацией: они смогли "вживую" увидеть, как звёзды обращаются вокруг сверхмассивной чёрной дыры, которая находится в центре нашей Галактики.

Астрофизики отслеживали перемещения 28 звёзд. Одна из них с момента начала наблюдений в 1992 году успела совершить полный оборот вокруг чёрной дыры, свойства которой и интересовали авторов работы: астрономы отождествляют ее с источником радиоизлучения Стрелец A* (Sgr A*).

Штефан Гиллессен и Райнхард Генцель из Института внеземной физики Общества имени Макса Планка под Мюнхеном использовали звёзды в качестве "засланцев" в окрестности чёрной дыры - зондов, по движению которых можно определить гравитационное поле невидимого объекта. Это ближайшая к нам сверхмассивная чёрная дыра, и её мы можем разглядеть наиболее подробно. Именно на этом примере астрономы надеются понять астрофизические свойства таких объектов и проверить применимость эйнштейновской общей теории относительности в сверхсильных полях тяготения.

Разглядеть центральную часть нашей Галактики можно даже невооружённым взглядом. Если в летнюю ночь проследить Млечный путь до южного горизонта, то в нём можно заметить так называемое облако Стрельца. Оно представляет собой довольно яркое утолщение, пересечённое тянущейся ещё от созвездия Лебедя тёмной полосой межзвёздной пыли. За этой полосой в Стрельце находится точка, вокруг которой вращаются все звёзды.

Но пыль, указывающая направление на галактический центр, не позволяет его наблюдать в оптическом диапазоне, т.к. из каждого триллиона квантов видимого света, который испускают звёзды, окружающие чёрную дыру, до Земли доходит лишь один. Дело в том, что чёрная дыра находится на расстоянии примерно в 27 тысяч световых лет, поэтому все объекты за пеленой пыли светят так, словно они находятся на самой границе наблюдаемой Вселенной. А увидеть свет единственной звезды из далёкой галактики невозможно даже в самый крупный телескоп, существующий на планете или даже в мечтах астрономов.

К счастью, выход из этой ситуации есть: в ближнем инфракрасном диапазоне спектра пыль становится практически прозрачной.

Исследования галактического центра Райнхард Генцель начал ещё в 1992 году на горе Ла-Силла в Чили. Для этого ему понадобился 3,6-метровый Телескоп новых технологии (NTT), предоставленный Европейской южной обсерваторией. Затем наблюдения велись на чилийской горе Паранал, где в начале XXI века был установлен "Йепун" - последний из четырёх исполинов VLT (Very Large Telescope) с диаметром главного зеркала 8,2 метра каждое.

Однако и такого телескопа оказалось недостаточно, чтобы заметить отдельные звёзды в районе галактического центра. Хотя астрономы поднимаются на высокие горы, это до конца не спасает их приборы от влияния атмосферы: ее неоднородность искажает изображения. Чтобы снимки не были размытыми, на телескопе "Йепун" применяли систему современной адаптивной оптики, а на NTT работал метод так называемой спекл-интерферометрии, комбинирующей чёткие кадры из тысяч мгновенных снимков. Уже после экспозиции их смещают и подстраивают друг под друга.

Чёткие изображения позволили измерить положения звёзд с точностью до сотых и тысячных долей угловой секунды. Кроме положения на небе астрономы смогли измерить и скорость, с которой звезда приближается или удаляется от нас. Благодаря этому удалось воссоздать полноценную трёхмерную орбиту большинства из звёзд в центре Галактики.

В 2002 году Генцель и его коллеги сообщили о построении первой такой орбиты. Звезда S2 (литерой S обозначаются соседки Sgr A*, находящиеся на небе в пределах одной угловой секунды) за десять лет наблюдений пролетела в непосредственной близости от центрального объекта, а именно в 20 миллиардах километров.

Этого тогда было достаточно, чтобы развеять последние сомнения в существовании в центре нашей Галактики сверхмассивной чёрной дыры и измерить её массу. Результат шестилетней давности - 3,7 миллионов масс Солнца. Ошибка в измерениях составила 1,5 миллиона солнечных масс, или 40%.

Новые данные — 28 определённых орбит — позволили повысить точность определения массы до 1,5%. А знаменитая S2 за это время даже успела завершить свой оборот вокруг центрального объекта. По новым оценкам, масса чёрной дыры составляет 4,3 миллиона масс Солнца, её неопределённость — всего 60 тысяч солнечных масс.

Эта величина вычислена для конкретного значения расстояния от Земли до галактического центра - 27,2 тысячи световых лет. Этот параметр необходим для того, чтобы перевести угловые микросекунды перемещений звёзд на небе в те миллиарды километров, что входят в физические законы, из которых оценивается масса. Однако выяснить расстояние до центра Галактики изнутри очень сложно. Это примерно то же самое, что измерять дистанцию от своего дома до центра города, сидя в квартире за мутным и пыльным стеклом.

Неопределённость галактического параметра - минимум 4%, из-за чего характерная неточность в определении массы центральной чёрной дыры возрастает уже до 10%. Но если расстояние до центра Млечного пути удастся точно измерить каким-то независимым способом (например, той же радиоинтерферометрией), определение массы Sgr A* станет куда более уверенным.

Трёхмерная модель движения звёзд вокруг галактического центра позволяет выяснить и подробности устройства самого сердца нашей звёздной системы. По данным Гиллессена и Генцеля, большинство ближайших к Sgr A* звёзд движутся округлым роем без какой-то выделенной ориентации орбит. И лишь шесть массивных и очень горячих светил, расположенных несколько дальше от чёрной дыры, явно образуют маленькое семейство - все они крутятся примерно в одной и той же плоскости и по часовой стрелке. Движение всех этих звёзд позволяет заключить, что у сверхмассивной чёрной дыры нет напарниц — по крайней мере, тяжелее нескольких десятков масс Солнца.

Райнхард Генцель говорит, что теперь настало время и звёздам поработать на астрономов, рассказать о свойствах чёрной дыры.

В дальнейших планах ученых — более точное измерение движения звёзд с использованием всех четырех телескопов-близнецов VLT на горе Паранал: если свести их свет вместе, получится что-то вроде одного большого телескопа размером около ста метров. Генцель и его коллеги рассчитывают, что этот прибор позволит подробно рассмотреть саму "поверхность" чёрной дыры. Точнее, благодаря ему будет доказано, что никакой поверхности у неё нет — как и у других чёрных дыр.
  • 1383
  • Ufolog.ru
комментарии

Только зарегистрированные пользователи могут добавлять комментарии. Войдите, пожалуйста.