Эксперты о квантовых компьютерах
Подробнее
16.09.2019
ФизТех

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.

Массу черной дыры можно определить «на глаз»

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.

Фотография галактики Дева А или М87 и ее джета /© NASA / JPL-Caltech / IPAC / Пресс-служба МФТИ
Фотография галактики Дева А или М87 и ее джета /© NASA / JPL-Caltech / IPAC / Пресс-служба МФТИ

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).

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Сегодня, 05:30
Мария Азарова

Ученые из Швейцарии и Германии сделали неожиданный вывод: катехины зеленого чая не подавляют окислительный стресс, а способствуют ему. Однако на этом их действие не заканчивается.

25 октября
Мария Азарова

Американские исследователи оценили вероятность повторного заражения коронавирусами SARS-CoV, HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63 и особенно SARS-CoV- 2.

Позавчера, 19:30
Мария Осетрова

Исследование на мышах показало, что дефицит белка в пожилом возрасте ускоряет развитие старческого слабоумия, а пищевая добавка из семи незаменимых аминокислот, напротив, замедляет.

25 октября
Мария Азарова

Американские исследователи оценили вероятность повторного заражения коронавирусами SARS-CoV, HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63 и особенно SARS-CoV- 2.

Сегодня, 05:30
Мария Азарова

Ученые из Швейцарии и Германии сделали неожиданный вывод: катехины зеленого чая не подавляют окислительный стресс, а способствуют ему. Однако на этом их действие не заканчивается.

22 октября
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: