Как черная дыра поглощает звезды? Ученый объясняет загадочные процессы

Сверхмассивную черную дыру в центре древней галактики обнаружили ученые из Эдинбургского университета. Она оказалась в пять раз больше, чем предполагалось ранее. Что означает это открытие для науки, телеканал «МИР 24» спросил заведующую лабораторией фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов вселенной МФТИ Елену Нохрину.

Обнаружить эту гигантшу удалось с помощью телескопа Джеймс Уэбб в галактике GS9209. Что это за место и где оно находится?

– Это место в основном интересно только расстоянием от Земли. Из-за разлета галактик, расстояние между ним удобно мерить в красных смещениях. Это красное смещение Z, равное 4658.

Мы сейчас на Земле находимся в красном смещении 0. Чем больше красное смещение, тем дальше от нас объект. Но эта галактика с черной дырой – не самый далекий зафиксированный объект, это среднее регистрируемое расстояние для этого объекта. Самый далекий – Z 7500.

Насколько ценно это открытие с точки зрения современной науки? Можно ли его считать важным, каким-то революционным?

– Это очень интересное открытие. Удалось обнаружить, что масса этой галактики составляет около 40 млрд масс Солнца, что существенно меньше, примерно в сотню раз, чем наша галактика. А масса черной дыры – это где-то около половины миллиарда масс Солнца. С одной стороны, это не предел для черных дыр, потому что даже знаменитая черная дыра в галактике 87, для которой было получено первое изображение горизонта событий, массивнее примерно в десять раз.

Поймать нейтрино:

Как со дна Байкала изучают галактики и черные дыры?

Но в этой статье подчеркивается очень важное. Во-первых, масса этой черной дыры больше, чем оцениваемая масса балджа – шарообразного составляющего галактики около ее центра. Обычно есть оценки по соотношению массы черной дыры и массы балджа, в этом смысле эта дыра гораздо массивнее. Но главный результат этой статьи в том, что в этой галактике давно было остановлено звездообразование. Это действительно важное открытие, потому что давно исследуется, насколько эта сверхмассивная черная дыра может повлиять на образование звезд в галактике, – усилить или вообще подавить. Здесь авторы делают вывод, что звездообразование было полностью подавлено, причем очень давно. Я думаю, что это самый интересный результат статьи.

Насколько черная дыра поддается вычислению? Я знаю лишь, что черная дыра – это не космическое тело, не звезда и не планета. Это область пространства и времени, в которой не работают физические законы, привычные нам.

– Это правильно, это не объект, у дыры даже нет поверхности. Есть горизонт событий, из которого мы можем получить информацию, но, тем не менее, черные дыры – это самые компактные массивные объекты, и они очень активны. Именно черные дыры являются самыми яркими объектами во вселенной, это самые далекие объекты, которые мы в принципе можем видеть. Как ни странно, от них есть практическая польза, – она в том, что именно по далеким квазарам, по их излучению у нас строится инерциальная система, по которой вы можете с высокой точностью определять свое положение на Земле.

Черные дыры притягивают вещество, оно падает. При падении оно разогревается, и это одна составляющая излучения. Вторая составляющая – это то, что очень часто сокращающиеся черные дыры запускают такое явление, как релятивистские струйные выбросы, которые светят во всех диапазонах очень ярко. Сейчас читается, что именно они являются источниками космических нейтрино, регистрируемых на Земле.

А если там не работают привычные нам законы физики, то что там вообще происходит? Как эта область существует?

– Я профессионально занимаюсь внешней частью черной дыры, а не внутренней. Мне тоже любопытно, что там происходит. У нас есть аппарат, который нам позволяет изучать черные дыры вне горизонта событий и при приближении к нему, и с какой-то долей вероятности предсказывать какие-то их свойства, изучать их.

Само понятие «черная дыра» слышали все. Есть что-то, что ученые абсолютно точно знают о них?

– Ученые изучают черные дыры в разных аспектах. Но на самом деле нет даже уверенности в их существовании. Хотя мы понимаем, что есть компактный объект, а снимки светового кольца вокруг черной дыры, которые были сделаны для галактики М87 и для нашей галактики, соответствуют нашим ожиданиям о массе черной дыры и о том, как свет ведет себя вокруг черной дыры. Плюс мы можем с невысокой точностью оценивать массу черной дыры. Для каких-то ближайших дыр, для который мы можем разрешить движение газа с большей точностью, для каких-то с меньшей точностью.

Тайна «золотого астероида»

Как изучение Психеи 16 поможет лучше узнать Землю?

Ученые всего мира пытаются получить оценки того, с какой скоростью вращается черная дыра. У дыры вообще всего три параметра: масса, возможный заряд и скорость, с которой она вращается. Прежде всего, телескоп горизонта событий занимается исследованием поляризации излучения вблизи черной дыры. Возможно, это поможет нам понять, как устроено магнитное поле там, и во-вторых – насколько быстро вращается эта дыра. Плюс есть разные очень опосредованные теоретические методы для этих оценок. Конечно, будет любопытно посмотреть, к одному или к разным ответам приведут результаты этих методов.

Если судить по научной фантастике, то у черных дыр нехорошая репутация – что это что-то страшное, жуткое, пожиратель звездных систем, разрушитель планет и так далее. А что думают ученые по этому поводу?

– Так и есть, и мы очень рады, потому что благодаря этому мы можем наблюдать. Если черная дыра ничего не поглощает, не занимается разрушением какой-нибудь близлежащей звезды или поглощением газа из центра галактики, то мы ее просто не видим, она не активна, и мы не можем о ней ничего сказать. Черные дыры – это не такие далекие объекты. В центре нашей галактики есть сверхмассивная черная дыра. Не очень далеко есть черная дыра – объект SS 433. На расстоянии 5,5 тысяч парсек находится и наша галактическая черная дыра.

А правда ли, что черные дыры способны создавать элементы, которые в свою очередь создают жизнь?

– Вы имеете в виду, наверное, создание тяжелых элементов. Этим занимается в основном сверхновый взрыв сверхновых звезд. В том случае, если звезда была изначально массивной, то такие взрывы приводят к образованию черной дыры в центре. Но в результате взрыва происходит образование тяжелых элементов, золота и так далее, которые обнаруживаются во всей галактике и которые ответственны за жизнь в частности. Хотя сейчас есть и другие модели, но они связанные с нейтронными звездами. Считается, что моделирование показывает, что нейтронные звезды могут сливаться и при этом выбрасывать струи нейтронов, которые бомбардируют элементы вокруг, делают их более тяжелыми. Это тоже важный механизм.