Черные дыры вносят новое понимание в вопрос о формировании галактик

чёрная дыра Стрелец А

Астрономы пришли к заключению, что черные дыры не рождаются огромными, а постепенно растут за счет газа и звезд галактик. Тщательно проведенные с помощью спектрографа космического телескопа NASA Hubble исследования более чем 30 галактик с центральными черными ды́рами позволили проследить подробную эволюцию галактик и их взаимоотношений с находящимися в их центрах гигантскими черными ды́рами. Анализ этих данных показывает, что гигантские черные дыры не предшествовали рождению галактик, а эволюционировали вместе с ними, поглощая определенный процент массы звезд и газа центральной области галактики. Это означает, что в меньших галактиках черные дыры менее массивны, их массы составляют не многим более нескольких миллионов солнечных масс. Черные дыры в центрах гигантских галактик, включающие в себя миллиарды солнечных масс, поглощали настолько много газа, что начали сиять как квазары, самые яркие объекты во Вселенной. Суть заключается в том, что окончательная масса черной дыры не является ее изначальной массой, она определяется в процессе формирования галактики. "События, которые создают галактику, и события, заставляющие ее центральную черную дыру сиять как квазар, одни и те же," - говорит John Kormendy из университета Техаса в Остине. "Эти результаты помогают связать несколько направлений исследования формирования галактик в одну наиболее правдоподобную и последовательную картину". Обнаружение телескопом Hubble еще 10 сверхмассивных черных дыр в центрах галактик увеличивает число черных дыр, доступных для исследований, до 38.

Взаимосвязь между массой черной дыры и звездами галактики

Полученные результаты обнаруживают тесную взаимосвязь между массой черной дыры и звездами, составляющими эллиптическую галактику, или центральным звездным балджем спиральной галактики. Эти исследования также объясняют, почему в центрах галактик с малыми звездными балджами, таких, как наша галактика Млечный Путь, находятся "крошечные" черные дыры массой всего в несколько миллионов масс Солнца, в то время как в центрах гигантских эллиптических галактик располагаются сверхмассивные черные дыры с массами, составляющими миллиарды солнечных масс. В центре галактики, не имеющей центрального звездного балджа (типа ближайшей к нам галактики М33), либо нет черной дыры, либо есть очень небольшая черная дыра, обнаружение которой - ниже предела возможностей телескопа Hubble. В большинстве случаев черные дыры увеличиваются не только за счет поглощения газа отдельной галактики, но и путем слияния галактик, в результате чего их черные дыры объединяются. Результаты проведенного исследования не позволили ответить на вопрос, как зарождается черная дыра. Ясно только, что она должна быть в галактике на раннем этапе процесса формирования этой галактики. Также не известно, как процесс формирования галактики создает черную дыру с такой точно коррелированной массой. Hubble обладает уникальной способностью точно измерять скорость газа и звезд вблизи черной дыры. Результаты исследований, основанные на двух типах наблюдений с помощью Hubble, докладывались на встрече Американского Астрономического Общества. Несколько исследовательских групп измерили массы черных дыр, другие группы занимались исследованием движения звезд вблизи центра галактик.

Чёрные дыры вращаются вокруг своей оси

Астрономы получили наблюдательные подтверждения того, что некоторые чёрные дыры вращаются вокруг своей оси, подобно водоворотам. Tod Strohmayer (NASA's Goddard Space Flight Center) исследовал одну из двойных систем с чёрной дырой с помощью орбитального телескопа Rossi X-ray Timing Explorer и нашёл необычные детали в рентгеновском излучении этой системы, которые раньше были видны́ только у вращающихся нейтронных звёзд. Следовательно, чёрные дыры, как и нейтронные звёзды, могут вращаться вокруг своей оси́. Strohmayer представил результаты своих исследований на Весенней Конференции Американского Физического Общества в Вашингтоне. "Мы видим, что почти все космические объекты вращаются вокруг своих осей, это и планеты, и звёзды, и галактики," - говорит Strohmayer. "С чёрными ды́рами - сложнее, очень трудно непосредственно увидеть, что они вращаются, так как у них нет твердой поверхности, по которой можно было бы отметить вращение. Мы можем, однако, видеть свет, излучённый веществом, падающим на чёрную дыру. Вещество очень быстро вращается вокруг чёрной дыры, прежде чем исчезнуть в ней навсегда."

Рентгеновский телескоп Rossi X-ray Timing Explorer, запущенный на орбиту в декабре 1995 года, помог обнаружить новый тип мерцаний в рентгеновском излучении от нейтронных звёзд. Причиной этих мерцаний, названных квазипериодическими осцилляциями (КПО), является очень горячий газ, вращающийся вокруг нейтронной звезды по очень близкой, последней устойчивой орбите. Объектом исследований Strohmayer был источник GRO J1655-40, микроквазар, расположенный на расстоянии 10000 световых лет от Земли. Микроквазар - это специфический вид чёрной дыры со струями сильно релятивистских частиц, вылетающих перпендикулярно плоскости, в которой вращается окружающий чёрную дыру газовый диск.Strohmayer обнаружил две КПО - на частотах 300 и 450 герц. Масса чёрной дыры была определена ранее по оптическим наблюдениям GRO J1655-40 и составляет семь масс Солнца. "Вращающаяся чёрная дыра изменяет пространство вблизи себя" - говорит Strohmayer. "Вращение позволяет веществу двигаться по более близкой орбите и с большей скоростью по сравнению с отсутствием вращения. Для чёрной дыры в GRO J1655-40 мы можем сейчас утверждать, что единственный способ образовать осцилляции с частотой 450 герц - это вращение".