Новые измерения в сто раз облегчили первую "сфотографированную" черную дыру

Астрофизики уточнили массу сверхмассивной черной дыры в центре галактики М87 в созвездии Девы – той самой, которую ранее "сфотографировали" специалисты проекта Event Horizon Telescope. Она оказалась в сотни раз легче, чем указывали полученные ранее снимки. Статью с описанием исследования ученые опубликовали в научном журнале Astronomy and Astrophysics, кратко об этом пишет пресс-служба МГУ им. М.В. Ломоносова.

"Оказалось, что масса черной дыры в М87 по рентгеновским данным была меньше, чем на то указывали результаты радионаблюдений в рамках проекта Event Horizon Telescope, а также предыдущие оценки на основе оптических данных", – говорит Елена Сейфина, научный сотрудник МГУ и один из авторов работы.

Галактика M87 представляет собой один из самых близких и крупных соседей Млечного Пути. Она располагается в 53 млн. световых лет от нас и представляет собой крупную эллиптическую галактику. Ее диаметр составляет около 250 тыс. световых лет.

В центре этого "звездного мегаполиса" находится особенно крупная сверхмассивная черная дыра. Это свойство M87, а также отсутствие плотной "шубы" из пыли, которая окружает центр многих других галактик, сделали ее одной из двух главных целей проекта Event Horizon Telescope (EHT), специалисты которого хотели получить фотографию так называемой "тени" черной дыры.

Так ученые называют особую область пространства в окрестностях черной дыры, где будет возникать своеобразное "отражение" ее горизонта событий. Это происходит благодаря эффекту гравитационного линзирования. Первые фотографии этой зоны, которая окружает черную дыру в центре галактики M87, ученые показали в апреле 2019 года. Эксперти признали это достижение одним из главных научных открытий прошлого года.

Взвешивание черной дыры

Эти фотографии, как отмечают Сейфина и ее коллеги, помогли ученым повторно вычислить массу этой сверхмассивной черной дыры. Прежние оценки говорили, что ее можно сравнить примерно с шестью миллиардами Солнц. Наблюдения за "тенью" М87 подтвердили и уточнили эти значения: астрономы пришли к выводу, что эта масса равна 6,5 миллиарда солнечных масс. 

Российские астрофизики проверили эти значения с помощью данных рентгеновских орбитальных обсерваторий, в том числе телескопов RXTE, "Сузаку", "Чандра" и Swift (при том, что специалисты EHT пользовались данными микроволновых обсерваторий). Чтобы проверить, насколько их измерения точны, ученые параллельно наблюдали за еще одной черной дырой, которая расположена в галактике 3C 454.3. Массу этого объекта ученые давно и с высокой точностью вычислили, поэтому по ней было достаточно легко все проверить.

Расчеты ученых опирались на одну недавно открытую закономерность – сила и характер рентгеновского свечения, которое вырабатывает раскаленный диск из материи, окружающий сверхмассивную черную дыру, сильно зависит от ее массы. Используя эти замеры, российские астрономы надеялись подтвердить и уточнить результаты EHT.

С одной стороны, старые и новые замеры массы сверхмассивной черной дыры для 3C 454.3 совпали. С другой, масса центрального объекта в центре галактики M87, вычисленная по ее рентгеновскому свечению, оказалась неожиданно меньше тех значений, на которые указывали фотографии ее "тени". Она составляет всего 50 миллионов масс Солнца, что на два порядка ниже прошлых оценок.

Почему это так, ученые пока не могут сказать. Однако они не исключают того, что расхождения в оценках могли появиться из-за ошибок или неких неучтенных особенностей работе как той, так и другой методики вычисления массы черных дыр. С другой стороны, возможно и то, что обе методики работают верно, а расхождения в массе связаны с тем, что газ и пыль, которые окружают центр М87, по-разному влияют на движение рентгеновского и микроволнового излучения в сторону Земли.

Как надеются ученые, дальнейшие наблюдения за черной дырой в центре М87, а также прочими крупными галактиками, помогут понять, где кроется ошибка, а также какова реальная масса объекта, первые фотографии тени которого человечество увидело лишь в прошлом году.