За прошедшие годы астрономы смогли обнаружить черные дыры почти любой массы в ближней и дальней Вселенной, от самых маленьких, образовавшихся при взрывах сверхновых массивных звезд, через черные дыры промежуточной массы до сверхмассивных гигантов с массой миллиардов солнечных масс. Теперь необычным образом была обнаружена одна из самых массивных черных дыр в истории.
Самые большие сверхмассивные черные дыры чаще всего обнаруживаются в далеких галактиках, когда они поглощают огромное количество вещества в непосредственной близости от себя. Материал, из которого состоит аккреционный диск вокруг черной дыры, нагревается до невероятных температур и испускает огромное количество радиации, в том числе в рентгеновском диапазоне. Изучение свойств и динамики этого излучения раскрывает свойства самой сверхмассивной черной дыры.
Гораздо большей проблемой является поиск покоящихся сверхмассивных черных дыр, вокруг которых не слишком много материала. Пассивные черные дыры без аккреционного диска, особенно в далеких галактиках, практически невидимы для нас. Можно смело предположить, что таких объектов во Вселенной предостаточно, хотя до сих пор они были совершенно вне нашей досягаемости.
Черная дыра как гравитационная линза
В 1979 году астрономы обнаружили на небе необычный объект. Подробные исследования позже показали, что это очень далекий двойной квазар Q0957+561, который в норме был бы невидим для нас, но из-за того, что непосредственно между ним и нами находится массивное скопление галактик, испускаемые им лучи искривились чтобы свет от далекого квазара был сфокусирован на Землю, чтобы мы могли видеть его ярче, чем он есть на самом деле, и в слегка искаженном виде.
С тех пор гравитационное линзирование позволило ученым обнаружить множество объектов, которые обычно были бы недоступны для нас или были бы слишком тусклыми для наших инструментов наблюдения. Однако оказалось, что массивные объекты, такие как галактики или даже скопления галактик, действуют на Земле как обычные линзы и могут фокусировать и осветлять изображение источника излучения позади них.
С годами, с развитием алгоритмов, ученые разработали методы анализа искаженных гравитационными линзами изображений и воспроизведения истинного вида линзированных галактик. Для этого принципиально важно было определить распределение масс в линзирующем объекте (галактике, скоплении галактик).
Гигантская сверхмассивная черная дыра
Ученые из Даремского университета в Великобритании использовали явление гравитационного линзирования и моделирование, проведенное на суперкомпьютере, чтобы обнаружить одну из самых больших сверхмассивных черных дыр. Интересно, что эта рекордная черная дыра находится не в далекой галактике, увеличенной и видимой гравитационной линзой, а в самой линзе.
В 2004 году проф. Аластер Эдж из Университета Дарема обнаружил очень длинную дугу в данных обзора галактики, которая оказалась искаженным изображением далекой галактики, увеличенной галактикой, гораздо более близкой к нам.
Детальный анализ изображений показал, что второе искаженное изображение той же галактики также можно обнаружить в непосредственной близости от центра галактики-линзы.
Используя имеющиеся знания, ученые решили внедрить изображения высокого разрешения, полученные с космического телескопа Хаббл, в моделирование на суперкомпьютере COSMA8. Затем суперкомпьютер выполнил серию из сотен тысяч симуляций, в каждой из которых изменялась масса сверхмассивной черной дыры в центре галактики-линзы Abell 1201. Результатом каждого такого моделирования было изображение, показывающее, как выглядело бы искаженное изображение линзированной галактики (находящейся дальше), если бы оно было искажено такой черной дырой. Ведь иная масса будет в разной степени искривлять путь излучения, испускаемого далекой линзированной галактикой, что, в свою очередь, повлияет на искажение ее видимого на Земле изображения.
Таким образом удалось определить, что сверхмассивная черная дыра в центре Abell 1201 имеет массу, более чем в 30 миллиардов раз превышающую массу Солнца. Таким образом, это одна из самых массивных сверхмассивных черных дыр, когда-либо обнаруженных. Для сравнения, сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики имеет массу «всего» в четыре миллиона раз больше массы Солнца и, следовательно, в несколько тысяч раз менее массивна, чем черная дыра в центре обсуждаемой здесь гравитационной линзы.
Открытие этой сверхмассивной черной дыры само по себе является захватывающим достижением. Однако ученые отмечают, что с помощью вышеуказанного метода теперь они смогут обнаружить гораздо больше спящих черных дыр, которые до сих пор оставались вне нашей досягаемости. Вполне возможно, что в астрономии черных дыр в далекой Вселенной только что открылось совершенно новое окно.
