Як дізнатися про середню вагу чорної діри

Як дізнатися про середню вагу чорної діри

Чорні діри "середнього класу" мають масу від 100 до 100 000 сонячних мас. Дірки з масою менше 100 сонячних вважаються міні-дірами, більше мільйона сонячних мас - надмасивними чорними дірами.


Чорна діра - це астрономічна область у просторі і часі, всередині якої гравітаційне тяжіння прагне до нескінченності. Щоб покинути чорну діру, об 'єкти повинні досягти швидкості, що набагато перевищує швидкість світла. А оскільки це неможливо, то навіть кванти самого світла не випромінюються з області чорної діри. З усього цього випливає, що область чорної діри абсолютно невидима для спостерігача незалежно від того, наскільки віддалено від нього вона знаходиться. Отже, виявити та визначити розміри та масу чорних дір можна лише аналізуючи обстановку та поведінку об 'єктів, що знаходяться поряд з ними.


На 20 симпозіумі з релятивістської астрофізики в Техасі, що відбувся в січні 2001 року, астрономи Карл Гебхардт і Джон Корменді продемонстрували метод практичних вимірювань мас прилеглих чорних дір, що дають астрономам можливість отримання інформації про зростання чорних дір. За допомогою цього методу було відкрито та вивчено 19 нових чорних дір на додаток до вже відомих на той час 19. Всі вони є надмасивними і мають вагу від одного мільйона до мільярда сонячних мас. Розташовуються вони в центрах галактик.

Метод вимірювань мас заснований на спостереженні за переміщенням зірок і газу біля центрів їх галактик. Такі вимірювання можуть проводитися тільки при високій просторовій роздільній здатності, яку можуть забезпечувати космічні телескопи типу Hubble або NuSTAR. Суть методу полягає в аналізі мінливості квазарів і обігу величезних газових хмар навколо діри. Яскравість випромінювання газових хмар безпосередньо залежить від енергії рентгенівського випромінювання чорної діри. Оскільки світло має суворо певну швидкість, зміни яскравості газових хмар для спостерігача видно пізніше, ніж зміна яскравості центрального джерела випромінювання. За різницею в часі обчислюється відстань від хмар газу до центру чорної діри. Разом зі швидкістю обертання газових хмар обчислюється і маса чорної діри. Однак цей спосіб включає невизначеність, оскільки не існує способу перевірити правильність кінцевого результату. З іншого боку, дані, що отримуються цим методом, відповідають залежності між масами чорних дір і масами галактик. Класичний спосіб вимірювання маси чорної діри, запропонований сучасником Ейнштейна Шварцшильдом, описується формулою M = r * c ^ 2/2G, де r - гравітаційний радіус чорної діри, с - швидкість світла, G - гравітаційна постійна. Однак ця формула точно описує масу ізольованої, незарядженої, не випаровуваної чорної діри. Зовсім недавно з 'явився новий спосіб визначення мас чорних дір, що дав можливість відкривати і вивчати чорні діри "середнього класу". Він заснований на радіоінтерференційному аналізі джетів - викидів матерії, що утворюються під час поглинання чорною дірою маси з навколишнього її диска. Швидкість джетів може бути вище половини швидкості світла. А оскільки розігнана до таких швидкостей маса випромінює рентгенівське випромінювання, вона може бути зареєстрована радіоінтерферометром. Метод математичного моделювання таких джетів дозволяє отримати більш точні значення середніх мас чорних дір.