Моя жизнь в астрономии

где v – скорость движения пробного тела, r – его расстояние от центральной черной дыры, G – гравитационная постоянная, η – коэффициент, учитывающий характер движения пробных тел (для круговых движений η = 1). Таким образом, как уже отмечалось выше, чтобы определить массу сверхмассивной черной дыры в ядре галактики, нужно знать скорость пробного тела и его расстояние от черной дыры. Массу пробного тела при этом не нужно знать – она сокращается ввиду принципа эквивалентности – равенства инертной и тяготеющей масс. Отметим, что применение закона тяготения Ньютона в данном случае (как и в случае рентгеновских двойных систем) вполне оправданно, поскольку расстояния «пробных тел» от черной дыры много больше ее гравитационного радиуса. Существует два наиболее надежных метода оценки масс сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик: метод разрешенной кинематики и упоминавшийся выше метод эхокартирования. Метод разрешенной кинематики основан на прямом измерении скоростей и расстояний для индивидуальных пробных тел.

Это наиболее надежный метод оценки массы сверхмассивной черной дыры в ядре галактики. Однако он может применяться лишь для небольшого числа близких галактик, для которых угловое разрешение телескопа позволяет непосредственно увидеть индивидуальные пробные тела вблизи центральной черной дыры. Например, в центре нашей Галактики расположена черная дыра массой 4 миллиона солнечных масс. Эта масса определена по движению 28 индивидуальных звезд с использованием третьего закона Кеплера. К сожалению, в большинстве случаев далеких галактик угловое разрешение телескопа оказывается недостаточным, чтобы непосредственно увидеть индивидуальные пробные тела вокруг центральной сверхмассивной черной дыры.

В этих случаях используется метод эхокартирования, в котором скорости v пробных тел и их расстояния r до центральной черной дыры оцениваются косвенным способом. Скорости v газовых облаков вокруг черной дыры, излучающих в линиях, оцениваются по Доплеровской ширине эмиссионных линий в спектре активного ядра галактики. Из-за эффекта Доплера отдельные узкие линии от движущихся газовых облаков смещаются друг относительно друга, что приводит к уширению полной линии излучения в спектре ядра галактики. Измеряя полуширину этой линии, можно оценить среднеквадратичную скорость v движения пробных тел – газовых облаков. Расстояние r газовых облаков от центральной черной дыры может быть оценено по описанному выше эффекту запаздывания переменности эмиссионной линии относительно переменности континуума ядра галактики.

Как я уже писал, этот эффект был открыт А. М. Черепащуком и В. М. Лютым в 1970–1973 годах. Зная время запаздывания Δt, получаем оценку среднего расстояния r ≈ cΔt газовых облаков, излучающих в эмиссионных линиях, до центральной сверхмассивной черной дыры. Знание оценок для v и r позволяет оценить массу сверхмассивной черной дыры. Следует отметить, что массы черных дыр в ядрах сейфертовских галактик оценивались еще в 1980‑х годах доктором физико-математических наук Э. А. Дибаем с использованием спектроскопических наблюдений ядер этих галактик, выполненных с помощью электронных усилителей изображений – ЭОПов (эти наблюдения велись на Крымской станции ГАИШ совместно Э. А. Дибаем и В. Ф. Есиповым). По ширине профилей линий излучения в спектрах ядер сейфертовских галактик Э. А. Дибай оценивал характерные скорости движения газовых облаков, окружающих черную дыру (точнее сказать, компактный объект, поскольку тогда еще не было уверенности в существовании черных дыр в ядрах галактик). Характерные расстояния газовых облаков, излучающих в эмиссионных линиях, от центра галактики Э. А. Дибай оценивал по абсолютной интенсивности эмиссионных линий, используя фотоионизационную модель галактического ядра. Большинство определений масс черных дыр в ядрах сейфертовских галактик, выполненных Э. А. Дибаем, хорошо согласуются с современными оценками масс черных дыр, полученными наиболее надежными методами разрешенной кинематики и эхокартирования. Так получилось, что именно метод эхокартирования, основанный на наблюдении открытого нами эффекта запаздывания переменности линий относительно континуума, позволил к настоящему времени дать наиболее надежные оценки масс сверхмассивных черных дыр в ядрах сотен удаленных галактик. Это привело к появлению нового направления исследований в области астрофизики: демографии черных дыр, которая изучает рождение, рост черных дыр, а также их связь с обычными объектами Вселенной: звездами, галактиками, скоплениями галактик и т. п.

Все это сподвигло меня на написание двух обзоров в журнал «Успехи физических наук»: в 1996 году (обзор по звездным черным дырам) и в 2003 году (обзор по сверхмассивным и звездным черным дырам). Для меня было большой честью то, что рецензентом этих двух моих обзоров был академик Виталий Лазаревич Гинзбург, который дал положительные отзывы и не сделал отзывы анонимными.