Массу черной дыры можно определить «на глаз»
Взвесить черную дыру на весах невозможно. Но сотрудники лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ предложили новый способ косвенного измерения массы черной дыры, заодно подтвердив ее существование.
Метод успешно протестировали на активной галактике Мессье 87. Работа опубликована в престижном научном журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Активные ядра галактик — это одни из самых ярких и загадочных объектов звездного неба. Явление активности заключается в выбросе галактикой тонкой длинной струи вещества и энергии — релятивистского джета — и не может быть объяснено влиянием звезд, из которых состоит галактика. Согласно современным представлением, активные галактики содержат некий «мотор», называемый ядром. О природе этих объектов достоверно пока неизвестно, но один из кандидатов на роль активного ядра — это вращающаяся черная дыра.
Объект Мессье 87, находящийся в созвездии Девы, — ближайшей к нам и наиболее изученной активной галактики. Постоянные наблюдения за ним ведутся с 1781 года, тогда объект был открыт как туманность. Однако по мере накопления сведений туманность начала принимать очертания и с обнаружением джета была признана активной галактикой.
На сегодняшний день структура джета у Мессье 87 изучена досконально: построены карты скоростей выброса плазмы, измерены температура и концентрация частиц вещества, увлекаемого в черную дыру. Граница этого джета была измерена настолько тщательно, что ученые увидели: она неоднородна по длине и меняет форму с параболической на коническую.
Обнаруженный как единичный случай, этот эффект был недавно подтвержден и для десятка других активных галактик, но М87 по-прежнему демонстрирует его наиболее ярко. Полнота наблюдений позволяет тестировать гипотезы об устройстве активных галактик, в том числе и связь излома с гравитационным влиянием черной дыры. Вообще, поведение джета и существование сверхмассивной черной дыры — это палка о двух концах: первое можно объяснить через второе, а теоретические модели черных дыр — протестировать на наблюдениях джета.
Тем, что граница джета состоит из отрезков двух разных кривых, и воспользовались астрофизики. По расстоянию от центра ядра до точки излома им удалось косвенно измерить массу и спин черной дыры. Для этого учеными МФТИ был разработан метод, сочетающий теоретическую модель, компьютерный расчет и наблюдения с телескопов.
Ученые пытаются описывать струйный выброс как течение замагниченной жидкости. В таком случае форма струи определяется электромагнитным полем вокруг. Оно, в свою очередь, зависит от разных факторов: скоростей и зарядов частиц джета, электромагнитных токов внутри струи и аккреции, «всасывания» вещества черной дырой, из-за чего у нее появляется собственное магнитное поле. Сложное сплетение характеристик и физических явлений приводит к наблюдаемому излому.
Существует теоретическая модель, предсказывающая излом, и, подбирая массу черной дыры в модели таким образом, чтобы результат компьютерного моделирования совпал с наблюдаемой формой выброса, ученые одновременно получили новую оценку массы черной дыры, новый способ измерения, а также подтверждение гипотез теоретической модели.
Ведущий автор работы Елена Нохрина, заместитель заведующего лабораторией фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ, прокомментировала: «Главный результат нашей работы — новый независимый метод оценки массы черной дыры. И хотя его точность сравнима с точностью уже существовавших методов, его преимущество в том, что он приближает нас к конечной цели — уточнению параметров центрального “двигателя” для более глубокого понимания природы его активности».
Лаборатория фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ под руководством Юрия Ковалева, членкора РАН, занимается изучением как джетов квазаров, так и исследованием структур магнитосферы пульсаров, аккреционных дисков и струйных выбросов из молодых звезд, изучением двойных черных дыр и других тесных двойных систем.
Кроме понимания природы процессов происходящих в нашей Галактике и Вселенной, эти исследования имеют и практический результат. Они помогают улучшить точность навигационных систем, использующих в своей работе далекие квазары.
Вместе с учеными из Московского физико-технического института в работе принимали участие их коллеги из ФИАН, Объединенного европейского института РСДБ и Делфтского технического университета (Нидерланды), Института астрономии и астрофизики (Тайвань, КНР), Национальной астрономической обсерватории Японии и Высшего университета перспективных исследований (Токио, Япония).
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили математическую модель, которая позволяет понять, как взаимодействие между сообществами влияет на их устойчивость. Работа основана на классической теории эволюционных игр и демонстрирует неожиданный эффект: даже небольшое информационное воздействие одного сообщества на другое может привести к тому, что одно из них сохранит внешнюю стабильность, а в другом начнутся хаотические изменения на уровне отдельных участников.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно