Как можно взвесить черную дыру?
В центре многих галактик существуют так называемые сверхмассивные черные дыры, масса некоторых из них оценивается в миллиарды масс Солнца. Чтобы «взвесить» такую черную дыру, ученые используют различные косвенные методы. Это может быть, например, измерение скорости, с которой движутся звезды в различных частях галактики, а также изучение свойств газов возле основных объектов.
Какие есть способы «взвесить» черную дыру?
Как пояснял телеканалу Наука-ТВ профессор РАН, доктор физико-математических наук Сергей Попов, в астрономии надежные способы определения массы небесного тела сводятся к анализу движения объектов, которые вокруг него вращаются.
Один из способов определить массу черной дыры — исследовать объекты, вращающиеся вокруг нее. Астрономы на примере лучше изученных галактик устанавливают примерное соотношение между массой их звезд и массой черных дыр, находящихся в центре такой галактики. Затем это соотношение экстраполируется на другие галактики, которые находятся дальше и уже менее удобны для наблюдения.
В 2016 году американские ученые смогли измерить массу черной дыры в центре галактики NGC 1332. Для этого они использовали радиоинтерферометр ALMA (представляет собой 66 отдельных радиотелескопов, объединенных в единый инструмент), расположенный в чилийской пустыне Атакама на высоте нескольких километров.
Астрономы изучили движение диска холодного межзвездного газа, охватывающего сверхмассивную черную дыру в центре этой галактики. Они подсчитали, что черная дыра в центре NGC 1332 имеет массу в 660 миллионов раз больше, чем наше Солнце (с погрешностью +/-10%).
Ближайшая к нам и самая изученная галактика — это Мессье 87. В 2019 году ученым из проекта «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT) впервые удалось получить снимок видимой части черной дыры — горизонта событий, расположенной в центре этой галактики. Тогда же специалисты из коллаборации EHT определили массу черной дыры — 6,5 млрд солнечных масс.
В январе 2020 года астрофизики из МГУ решили проверить эти данные. Ученые «взвесили» черную дыру, применив метод скалирования (масштабирования) спектральных характеристик. В результате они выяснили, что масса черной дыры в М87 гораздо меньше заявленной их коллегами из EHT. По словам ведущего научного сотрудника отдела звездной астрофизики ГАИШ МГУ Елены Сейфиной, анализ показал, что масса этой черной дыры составляет всего 50 млн солнечных масс.
Какая черная дыра считается самой «тяжелой»?
В 2019 году немецкие астрономы нашли самую тяжелую черную дыру из тех, чьи массы можно измерить надежными способами. Исследователи изучили относительно близкую эллиптическую галактику Holm 15A и попытались выяснить массу черной дыры в ее центре.
Они оценивали ее массу по движению звезд. Чем больше масса сверхмассивной черной дыры, тем сильнее она влияет на окружающие ее объекты. Таким образом, с одной стороны, ядро галактики, в которой находится сверхмассивная черная дыра, будет больше, чем в других галактиках, чьи черные дыры менее массивны. Но в зоне, которая прилегает к черной дыре, плотность звезд, наоборот, намного меньше.
Ученые выяснили, что масса Holm 15A составляет около двух триллионов Солнц. А черная дыра в ее центре в 40 млрд раз тяжелее Солнца. Это делает ее самой массивной среди тех черных дыр, чью массу астрономы смогли определить напрямую. Для сравнения, сверхмассивная черная дыра Стрелец А*, находящаяся в центре нашей галактики, в четыре миллиона раз тяжелее Солнца.
