Моя жизнь в астрономии

Другое направление в исследовании черных дыр состоит в изучении процессов и проявлений эффектов сильной гравитации вблизи горизонтов событий черных дыр. В частности, ставится вопрос о наблюдении темной «тени» от черной дыры на ярком фоне аккреционного диска, существующего вокруг сверхмассивной черной дыры. Исследованием характеристик теней от сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик в нашей стране активно занимается профессор А. Ф. Захаров из ИТЭФ. Из-за эффектов гравитационного линзирования излучения аккреционного диска в сильном гравитационном поле черной дыры радиус «тени» должен быть примерно в 2,6 раза больше гравитационного радиуса черной дыры. Радиус «тени» зависит от массы черной дыры и ее углового момента вращения. Если масса черной дыры известна (например, она определена по движению соседних звезд, как это имеет место в случае черной дыры в центре нашей Галактики, М = 4 ∙ 10⁶ М_☉), а ее угловой момент определен из анализа рентгеновского спектра, то появляется возможность окончательного доказательства того, что массивные и чрезвычайно компактные объекты в ядрах галактик являются реальными черными дырами в смысле ОТО. Для этого с помощью интерферометра с угловым разрешением порядка 10^-5 секунды дуги нужно измерить диаметр «тени» от черной дыры. Если наблюдаемый диаметр «тени» совпадет с его теоретическим значением, вычисленным при известных значениях массы и углового момента черной дыры, то это будет означать, что перед нами реальная черная дыра.

Следует отметить, что в последние годы достигнут значительный прогресс в изучении вращения черных дыр. Из анализа рентгеновских спектров аккрецирующих звездных черных дыр определены угловые моменты вращения для ряда черных дыр звездных масс (M_BH = 5–15 М_☉). Безразмерный параметр углового момента этих черных дыр лежит в пределах a_• = 0,98 ÷ 0,12 (для невращающейся, шварцшильдовской черной дыры величина a_• = 0, для предельно вращающейся, керровской черной дыры a_↓* = 1). Кроме того, из анализа профиля эмиссионной рентгеновской линии FeXXV на энергии 6,7 кэВ, а также из анализа поляризационных наблюдений активных ядер галактик в оптическом диапазоне спектра (наблюдения группы Ю. Н. Гнедина на 6‑метровом телескопе САО РАН) оценены угловые моменты вращения нескольких десятков сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик. Величины безразмерного параметра углового момента в данном случае лежат в пределах a_• = 0,998 ÷ 0,40. Выявлена связь между величиной углового момента черной дыры и мощностью релятивистского джета от аккрецирующей черной дыры.

Как уже отмечалось, в июле 2011 года произведен успешный запуск российского космического радиотелескопа – радиоинтерферометра «Радиоастрон». К сожалению, «Радиоастрон» работает на сравнительно длинных волнах (λ > 1 см). В этом диапазоне поглощение и рассеяние радиоволн на неоднородностях плазмы вблизи черных дыр в центральных частях галактик не позволяет «пробиться» непосредственно к горизонту событий сверхмассивной черной дыры. Для решения этой задачи требуются наблюдения в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах. Проект российского космического интерферометра «Миллиметрон» (инициирован Н. С. Кардашевым) нацелен на решение этой принципиально важной задачи.

Выше мы уже упоминали об эксперименте EHT. Группа американских ученых (Doelman S. S. et al.) реализовала уникальный проект под названием Event Horizon Telescope (телескоп для наблюдений горизонтов событий черных дыр). С помощью системы субмиллиметровых наземных радиотелескопов, разнесенных на межконтинентальные расстояния, проводится VLBI-интерферометрия на коротких радиоволнах окрестностей сверхмассивных черных дыр, расположенных в центре нашей Галактики и галактики М87. Получены изображения теней от сверхмассивных черных дыр, и тем самым проведена проверка ОТО в случае экстремально сильных гравитационных полей.

Все эти результаты и перспективы столь захватывающи и интересны, что в последние годы регулярно проводятся международные научные конференции по изучению эффектов сильной гравитации вблизи горизонтов событий черных дыр.

Я чувствую удовлетворение оттого, что мне удалось принять участие в решении этих актуальнейших проблем современной астрофизики. Мне было приятно получить известие о том, что наша работа по исследованию вращения галактик с известными массами сверхмассивных черных дыр была отмечена издательством МАИК «Наука» как лучшая работа 2010 года среди работ, опубликованных в «Астрономическом журнале».