Кубанский государственный технологический университет

Грядет великая перепись черных дыр

27-12-2011
Небо в гамма-лучах (точками показаны источники гамма-излучения). Изображение с сайта www.universetoday.com

Черные дыры нельзя увидеть непосредственно, поскольку даже свет не может покинуть эти загадочные сверхмассивные объекты. И хотя вещество, падающее на черную дыру, ярко светится в рентгеновском и гамма-диапазоне, до настоящего времени косвенно обнаружить таким образом удалось лишь несколько сот представителей этого класса небесных объектов. Теоретически, их должно быть гораздо больше.

Астрономы, использующие для наблюдений космическую обсерваторию «Интеграл» (ESA), недавно предприняли важный шаг к оценке количества черных дыр во Вселенной. Теперь они готовы провести полную перепись гравитационных «невидимок», исчисляющихся, по их мнению, миллионами.

Самые большие из черных дыр — супермассивные, которые в миллионы и миллиарды раз превышают массу Солнца. Такие дыры находятся в центре большинства галактик. Эти гравитационные монстры обладают огромным «аппетитом». Всё больше увеличивая свою массу, они уже поглотили окружающее их вещество на «сумму» в миллионы Солнц, но еще не насытились, продолжая свое формирование.

В постоянное меню черной дыры входят: газ, пыль, планеты и звезды, но иногда они позволяют себе полакомиться и «деликатесами». На «десерт» черные дыры предпочитают компактные массивные объекты, например черные дыры звездной массы, нейтронные звезды и белые карлики, ненароком попавшие в поле тяготения сверхмассивной черной дыры. Именно эти объекты посылают самые «громкие» сигналы во Вселенную в рентгеновском и гамма-диапазоне, исчезая в ненасытной утробе черной дыры.

Космическая обсерватория «Интеграл» на орбите (рис. с сайта www.universetoday.com)

Казалось бы, достаточно вывести на орбиту космический телескоп с детекторами гамма-лучей, чтобы зарегистрировать гамма-всплески от черных дыр и переписать таким образом все подобные объекты. Для этих целей в конце 2002 года на орбиту был выведен спутник «Интеграл» (Integral) космического агентства ESA, способный просматривать небо в гамма-диапазоне. Но и здесь Вселенная заставляет ученых пробираться сквозь тернии. Дело в том, что всё небо заполнено фоновым гамма-излучением, и это мешает находить слабые гамма-всплески от очень далеких источников. Таким образом, действительное количество черных дыр занижается.

Чтобы обойти это препятствие, международная группа астрономов — в нее входят и российские ученые Евгений Чуразов и Рашид Сюняев из московского Института космических исследований — предложила откалибровать приборы «Интеграла» с учетом уровня фонового гамма-излучения. Для этого они решили направить приемники излучения «Интеграла» в сторону Земли, которая «своим телом» закрыла бы общий фон неба.

Это мероприятие было весьма рискованным из-за яркости Земли для устройств «Интеграла», работающих в оптическом диапазоне: оптика космической обсерватории могла «ослепнуть», так как она настроена на далекий космос, свет от которого на несколько порядков слабее, чем от близкой планеты. Но ученые сумели провести эксперимент без потерь.

«Интеграл» может фиксировать излучение одновременно от разных источников (рис. с сайта www.universetoday.com)

Используя естественный щит от фонового гамма-излучения, астрономы замерили уровень приходящего излучения и сравнили полученные записи наблюдений с более ранними. Это позволило найти «нулевую» точку излучений, от которой теперь будет вестись отсчет при анализе новых данных. Таким образом, исключив общий гамма-фон, исследователи смогут более точно выявлять местонахождение черных дыр, уточняя их количество и распределение в пространстве.

Результативности поиска поможет также способность одного из гамма-детекторов «Интеграла» улавливать излучение не только по лучу зрения (то есть прямо пред собой), но и под большим углом к детекторной сетке. Преломляя приходящий сигнал, сетка-матрица переправит его на окончательный приемник излучения. Благодаря этому космический телескоп сможет фиксировать гамма-всплески одновременно из разных участков неба. Первоначально такая техника наблюдений использовалась, чтобы обнаружить солнечные вспышки. Затем эти приборы были перенастроены для регистрации гамма-лучей.

До запуска «Интеграла» в гамма-диапазоне было обнаружено всего несколько десятков претендентов на звание черной дыры. К настоящему времени при помощи этого космического телескопа удалось найти 300 отдельных источников в нашей Галактике и около 100 самых «ярких» черных дыр в других галактиках. Но это только вершина айсберга. Астрономы уверены, что существуют десятки миллионов черных дыр, излучение от которых сливается с фоновым. Все их должен будет обнаружить «Интеграл», что позволит навести идеальный порядок в космологических теориях.

Источник: Finding All the Black Holes // Universe Today, 08.09.2006.

См. также: 1) E. Churazov et al. INTEGRAL observations of the cosmic X-ray background in the 5-100 keV range via occultation by the Earth // astro-ph/0608250, 11.08.2006. 2) E. Churazov, S. Sazonov, R. Sunyaev, M. Revnivtsev. Hard X-ray emission of the Earth's atmosphere: Monte Carlo simulations // astro-ph/0608253, 11.08.2006. 3) E. Churazov, S. Sazonov, R. Sunyaev, M. Revnivtsev. Earth X-ray albedo for CXB radiation in the 1-1000 keV band // astro-ph/0608252, 11.08.2006. 4) ESA steps towards a great black hole census // Пресс-релиз Европейского космического агентства, 07.09.2006. 5) «Интеграл» внес свой вклад в разрешение загадки происхождения фонового рентгеновского излучения Галактики // Пресс-релиз Российского центpа научных данных пpоекта «Интеграл», Институт космических исследований РАН, Москва.

Александр Козловский, Астрогалактика

‹‹