Ochen' massivnaya chernaya dyra v zvezdnoi sisteme nashei Galaktiki
4.12.2001 17:02 | Astronet
Odna iz naibolee zagadochnyh zvezdnyh sistem v nashei Galaktike okazyvaetsya skryvala
ochen' massivnuyu chernuyu dyru. V 14 raz bolee massivnuyu, chem Solnce
[1].
Eto samaya massivnaya
iz izvestnyh zvezdnyh chernyh dyr v Galaktike.*
S pomosh'yu instrumenta ISAAC na 8.2-m teleskope VLT ANTU na observatorii Paranal (ESO), mezhdunarodnyi kollektiv astronomov [2] "vglyadyvalsya" v dalekuyu oblast' Mlechnogo Puti, gde raspolozhena dvoinaya sistema GRS 1915+105, udalennaya ot nas pochti na 40 000 svetovyh let.
Im udalos' otozhdestvit' malomassivnuyu zvezdu iz kotoroi istekaet postoyannyi potok veshestva, "pitayushii" chernuyu dyru. Posleduyushee detal'noe izuchenie sistemy pozvolilo vyyasnit' kak eta zvezda obrashaetsya vokrug svoego "vechno golodnogo" kompan'ona. Analiz orbital'nogo dvizheniya pozvolil ocenit' massu chernoi dyry.
Nablyudeniya massivnoi chernoi dyry v sisteme GRS 1915+105 postavili fundamental'nye voprosy o tom kak obrazuyutsya takie massivnye zvezdnye cherny dyry i vrashayutsya li takie ob'ekty vokrug svoei osi.
Risunok PR 31a/01:
Shematicheskoe izobrazhenie dvoinoi sistemy GRS 1915+105.
Risunok PR 31b/01:
Spektr zvezdy-kompan'na (pribor ISAAC).
Risunok PR 31c/01:
Krivaya luchevyh skorostei, kotoraya pozvolyaet opredelit'
massu chernoi dyry.
Miniatyurnye kvazary v nashei Galaktike
Na risunke dano
hudozhestvennoe izobrazhenie dvoinoi zvezdnoi sistemy GRS 1915+105 v
kotoroi prisutstvuet massivnaya chernaya dyra. Rasstoyanie mezhdu zvezdoi-donorom i
akkreciruyushei chernoi dyroi ravno primerno polovine rasstoyaniya mezhdu Zemlei i
Solncem. Risunok pokazyvaet kak normal'naya zvezda cherez akkrecionnyi disk
snabzhaet veshestvom chernuyu dyru, a takzhe poyavlenie dzhetov (strui)
perpendikulyarnyh k ploskosti diska. V nizhnei polovine risunka sinim pokazano
veshestvo, kotoroe dvizhetsya po spirali v akkrecionnom diske, a oranzhevym -
svobodno padayushee na chernuyu dyru. Dopolnitel'naya informaciya
ob etom risunke privedena nizhe.
Neskol'ko ob'ektov v nashei Galaktike vyglyadyat kak miniatyurnye versii kvazarov - chrezvychaino moshnyh istochnikov energii, raspolozhennyh v centrah dalekih galaktik. Pohozhe, chto v centrah kvazarov skryty sverhmassivnye chernye dyry, a ih izluchenie vyzvano obrazovaniem vokrug cherno dyry diska iz goryachego akkreciruyushego veshestva. Inogda iz centrov kvazarov vybrasyvayutsya strui gaza (dzhety) so skorostyami blizkimi k skorosti sveta.
Mikrokvazar ustroen prakticheski takzhe, tol'ko on v million raz men'she. V nashei Galaktike est' dvoinye sistemy v kotoryh bolee ili menee normal'naya zvezda obrashaetsya vokrug kompaktnogo ob'ekta - neitronnoi zvezdy ili chernoi dyry. U eti mikrokvazarov takzhe nablyudayutsya moshnye vspyshki i priznaki akkrecii na kompaktnyi ob'ekt. Net nichego udivitel'nogo v tom, chto bol'shaya chast' zagadok etih sistem svyazana s tem, chto v nih takzhe prisutstvuyut chernye dyry.
Otkrytie otnositel'no blizkih k nam, v kosmologicheskom smysle, ob'ektov, kotorye po svoim proyavleniyam pohozhi na dalekie kvazary, daet nam novuyu interesnuyu vozmozhnost' luchshe ponyat' strannye fenomeny, svyazannye s dzhetami i akkrecionnymi diskami vokrug chernyh dyr.
GRS 1915+105 - unikal'naya galakticheskaya laboratoriya
Dvoinaya sistema GRS 1915+105 - odin iz neskol'kih otkrytyh v nashei Galaktike mikrokvazarov. Ona vpervye byla otkryta v 1994 godu Rossiiskim rentgenovskim sputnikom "Granat" (O chem govorit nazvanie istochnika - GRS = GRanat Source. Prim.Red.). V rentgenovskom diapazone u istochnika GRS 1915+105 vremya ot vremeni nablyudayutsya yarkie vspyshki.
Peremennost' rentgenovskogo izlucheniya mozhno ob'yasnit' neustoichivostyami v processah vypadeniya veshestva ne chernuyu dyru iz vnutrennih oblastei akkrecionnogo diska. Krome togo neskol'ko raz nablyudalis' vybroshennye iz etogo zagadochnogo istochnika i letyashie pochti so skorost'yu sveta oblaka goryachego gaza. "Obrazcovyi" mikrokvazar GRS 1915+105 stal osnovnoi osnovnym ob'ektom nablyudeniya dlya teh, kto izuchaet akkreciyu na chernye dyry zvezdnyh mass.
Sistema GRS 1915+105 lezhit v sozvezdii Orla vblizi ploskosti Galaktiki primerno v 40000 svetovyh let ot Solnca. Ogromnoe kolichestvo gaza i pyli v galakticheskoi ploskosti ne pozvolyayut uvidet' sistemu v vidimom svete. Bol'shoe pogloshenie sushestvenno zatrudnyaet detal'noe izuchenie dannoi sistemy, poetomu sushestvovanie v nei massivnoi chernoi dyry vse eshe ostaetsya okonchatel'no ne dokazannym**.
Otozhdestvlenie normal'nogo komponenta
Na risunke pokazan infrakrasnyi spektr ob'ekta GRS 1915+105,
poluchennyi s pomosh'yu spektrografa ISAAC. Spektr byl poluchen v blizhnei
infrakrasnoi oblasti v polose K (primerno 2.2 mikrona) i pokazal ryad ranee
neizvestnyh svoistv zvezdy-kompan'ona, veshestvo kotorogo popadaet na chernuyu
dyru. Issledovav nalichie svoistva spektral'nyh linii v spektre uchenye
ustanovili, chto vtorym komponentom dvoinoi sistemy yavlyaetsya malomassivnaya
zvezda. Nablyudaya za tem, kak izmenyaetsya so vremenem polozhenie linii oksida
ugleroda (CO), astronomy smogli opredelit' orbital'noe dvizhenie zvezdy-donora
(sm., sleduyushuyu fotografiyu).
Tehnicheskaya informaciya ob etom snimke privedena nizhe.
Gruppa astronomov [2] prinyala reshenie provesti nablyudeniya sistemy GRS 1915+105 v takom spektral'nom diapazone, gde pogloshenie vyzyvaemoe pyl'yu sushestvenno men'she, chem v vidimom svete. Eto ochen' neprostaya zadacha, poskol'ku dazhe v infrakrasnoi oblasti tol'ko neskol'ko procentov sveta ispuskaemogo ob'ektom GRS 1915+105 dostigaet Zemli posle dolgogo puteshestviya skvoz' pylevye oblaka. I nuzhen ochen' bol'shoi teleskop dlya togo, chtoby zaregistrirovat' detali spektra GRS 1915+105.
Pervaya seriya nablyudenii etoi sistemy s pomosh'yu mnogomodovogo spektrometra ISAAC na odnom iz chetyreh 8.2-m teleskopov VLT (kazhdyi iz teleskopov imeet sobstvennoe imya, nablyudeniya provodilis' na ANTU) byla provedena letom 1999 goda. V hode etih nablyudenii byli polucheny spektry ochen' vysokogo kachestva s neskol'kimi spektral'nymi liniyami (sm. risunok 2). V chastnosti, celyi ryad ranee ne nablyudavshihsya spektral'nyh detalei, svyazannyh s okis'yu ugleroda, byli nadezhno otozhdestvleny.
Eti linii formiruyutsya v atmosfere zvezdy, kotoraya obrashaetsya vokrug chernoi dyry i snabzhaet ee svoim veshestvom (vyshe my uzhe nazyvali ee "zvezdoi-donorom"). Dlya opredeleniya formy i polozheniya imenno spektral'nyh linii, o kotoryh idet rech', byli nuzhny vysokokachestvennye infrakrasnye spektry, poskol'ku tol'ko malaya chast' sveta prihodit ot zvezdy. I linii nado uvidet' na fone gorazdo bolee sil'nogo izlucheniya akkrecionnogo diska i vybroshennogo iz nego veshestva.
Posle tshatel'nogo analiza nablyudaemyh spektral'nyh linii, astronomy prishli k zaklyucheniyu, chto "donorom" yavlyaetsya malomassivnaya zvezda, s massoi primerno ravnoi masse Solnca. No eto bylo tol'ko nachalo dlitel'noi nablyudatel'noi programmy.
Kak ona dvizhetsya
Na risunke pokazana radial'naya (luchevaya) skorost'
zvezdy-donora, opredelennaya po dopplerovskomu smesheniyu spektral'nyh linii okisi
ugleroda (sm. Risunok 2). Krivaya byla postroena po
16 nablyudeniyam na VLT ANTU/ISAAC s aprelya po sentyabr' 2000 goda.
Periodogramma (verhnii grafik) pokazyvaet, chto orbital'nyi period dlitel'nost'yu
33.5 dnei luchshe vsego opisyvaet nablyudatel'nye dannye (privedennye na nizhnem
grafike). Orbital'naya skorost', s kotoroi zvezda dvizhetsya vokrug chernoi dyry,
sostavlyaet okolo 140 km/s.
Identifikaciya otdel'nyh polos okisi ugleroda v spektre zvezdy-donora pozvolyaet astronomam opredelit' orbital'nye dvizheniya v dvoinoi sisteme. Poskol'ku zvezda obrashaetsya vokrug temnogo kompaktnogo kompan'ona, to effekt Dopplera budet vyzyvat' nebol'shoe izmenenie polozheniya linii v spektre. Esli my izmerim dopplerovskie smeshenie v razlichnye momenty vremeni, to smozhem uznat' kak bystro dvizhetsya zvezda i, sledovatel'no, opredelit' razmery i formu orbity po kotoroi ona dvizhetsya vokrug chernoi dyry. A eto uzhe pozvolyaet skazat' kakova dolzhny byt' massa nevidimogo ob'ekta, chtoby vidimaya zvezda dvigalas' po svoei orbite. izmerit' massu nevidimogo
Seriya nablyudenii nachalas' v aprele 2000 goda i prodolzhalas' do sentyabrya. Za eto vremya bylo provedeno 16 nablyudenii. Kak pokazali nablyudeniya, luchevaya skorost' zvezdy izmenyaetsya periodicheski s periodom 33.5 dnei. Za eto vremya zvezda-donor delaet polnyi oborot vokrug kompaktnogo ob'ekta. Krivaya luchevyh skorostei, svernutaya s etim periodom, pokazana na Risunke 3.
Znaya orbital'noe dvizhenie, mozhno legko poluchit' nizhnii predel massy nevidimogo kompaktnogo ob'ekta (tak nazyvaemuyu funkciyu mass fv). Takim metodom bylo pokazano, chto massa nevidimogo kompan'ona v sisteme GRS 1915+105 bol'she 9.5 mass Solnca.
Priroda kompaktnogo ob'ekta
Nevidimyi kompaktnyi ob'ekt mozhet byt' libo neitronnoi zvezdoi, libo chernoi dyroi. Razlichit' eti dve vozmozhnosti dostatochno trudno. Odnako (iz teorii) izvestno, chto neitronnye zvezdy ne mogut byt' tyazhelee primerno 3 mass Solnca. Esli massa neitronnoi zvezdy stanet vyshe ukazannogo predela, to ona ne smozhet bol'she uderzhivat' svoi ves i bystro skollapsiruet v chernuyu dyru. Nizhnii predel massy kompaktnogo ob'ekta v GRS 1915+105 sushestvenno vyshe maksimal'noi vozmozhnoi massy neitronnoi zvezdy. Vyvod yasen: kompaktnyi ob'ekt v sisteme GRS 1915+105 nesomnenno yavlyaetsya chernoi dyroi.
Odnako astronomy smogli dobit'sya bol'shego - oni poluchili ne tol'ko nizhnii predel, no i real'noe znachenie massy chernoi dyry. Vo pervyh, izuchenie spektrov zvezdy-donora pozvolilo poluchit' horoshuyu ocenku massy etoi zvezdy. Krome togo nablyudeniya dzhetov pozvolilo nalozhit' ogranichenie na naklon orbity k luchu zreniya. Imeya takuyu dopolnitel'nuyu informaciyu astronomy prishli k okonchatel'nomu vyvodu, chto massa chernoi dyry ravna 14 massam Solnca.
K segodnyashnemu dnyu podobnym obrazom bylo obnaruzheno sushestvovanie chernyh bolee chem v desyati dvoinyh sistemah Galaktiki. No ob'ekt v sisteme GRS 1915+105 samaya tyazhelaya iz izvestnyh v Mlechnom Puti zvezdnyh chernyh dyr.
Sledstviya i nereshennye voprosy
Znanie massy chernoi dyry v GRS 1915+105 vazhno dlya neskol'kih oblastei astrofiziki. Vo pervyh, do sih por ne yasno kak takaya massivnaya chernaya dyra mogla obrazovat'sya v dvoinoi zvezdnoi sisteme. Horosho izvestno, chto naibolee massivnye zvezdy k koncu svoei zhizni teryayut sushestvennuyu dolyu nachal'noi massy iz-za ochen' sil'nogo zvezdnogo vetra. Vzaimodeistvie mezhdu zvezdami v dvoinoi sisteme mozhet eshe sil'nee uvelichit' poteryu massy. Ostaetsya vyyasnit', kakim obrazom kakaya-nibud' iz zvezd smogla sohranit' dostatochno massy, chtoby v konce svoei evolyucii obrazovat' chernuyu dyru massoi 14 mass Solnca.
Drugoi nereshennyi vopros svyazan s osevym vrasheniem chernoi dyry. To, chto nekotoryi chernye dyry dolzhny vrashat'sya, sleduet iz samyh obshih soobrazhenii. Teoriya predskazyvaet, chto kogda chernaya dyra v tu zhe storonu, chto i akkrecionnyi disk, to ego vnutrennii krai gorazdo blizhe podhodit k chernoi dyre i okazyvaetsya gorazdo goryachee. Izvestny dve ochen' goryachih rentgenovskie dvoinye - GRS 1915+105 i Novaya Skorpiona. Kak sledstvie, mozhno ozhidat', chto eti sistemy dolzhny soderzhat' chernye dyry s ochen' bystrym vrasheniem.
Sovershenno drugie ukazaniya na vrashenie chernoi dyry vytekayut iz kvaziperiodicheskih oscillyacii, kotorye nablyudayutsya u rentgenovskih dvoinyh. Schitaetsya, chto eti oscillyacii svyazany s vozdeistviem vrashayusheisya chernoi dyry na okruzhayushii ee akkrecionnyi disk, hotya konkretnyi mehanizm takogo vozdeistviya do sih por obsuzhdaetsya.
Odnako, tol'ko chto provedennoe opredelenie massy chernoi dyry v sisteme GRS 1915+105 govorit nam, chto situaciya mozhet byt' ne takoi prostoi, kak kazalos'. Na samom dele, esli i GRS 1915+105, i Novaya Skorpiona soderzhat bystro vrashayushiesya chernye dyry, to ni odna iz segodnyashnih teorii kvaziperiodicheskih oscillyacii ne rabotaet. I, kak eto chasto sluchaetsya v nauke, novaya informaciya porozhdaet novye zagadki.
Drugie publikacii
Bolee podrobno o dannom issledovanii vy smozhete prochest' v stat'e J.Greiner, M.McCaughrean i J.-G.Cuby "GRS 1915+105 - An unusually massive stellar black hole in the Galaxy" (Dzh.Greiner, M.MakKagren i Zh.-G.Kubi "GRS 1915+105 - neobyknovenno massivnaya galakticheskaya zvezdnaya chernaya dyra"), kotoraya budet opublikovana 29 noyabrya 2001 g. v zhurnale "Nature". Pervaya chast' issledovaniya opisana v rabote Greinera i soavtorov "Identifikaciya zvezdy-donora v rentgenovskoi dvoinoi sisteme GRS 1915+105", kotoraya v iyule 2001 g. byla opublikovana v evropeiskom nauchnom zhurnale "Astronomy and Astrophysics".
Zamechaniya
[1]: 1 massa Solnca = 2.1030 kg. Massa chernoi dyry v dvoinoi rentgenovskoi sisteme GRS 1915+105, sootvetstvenno, sostavlyaet 30,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 kg.
[2]: V nauchnuyu gruppu vhodili: Jochen Greiner (Dzh.Greiner) i Mark McCaughrean (M.MakKagren) iz Potsdamskogo astrofizicheskogo instituta, Germaniya i Jean-Gabriel Cuby (Zh.-G.Kubi) iz Yuzhnoi evropeiskoi observatorii (ESO) v Chili.
Zamechaniya perevodchika
[*] "Eto samaya massivnaya iz izvestnyh zvezdnyh chernyh dyr v Galaktike ..." - esli vy posmotrite v lyubuyu rabotu, posvyashennuyu kandidatam v chernye dyry (naprimer, v stat'yu Cherepashuka). to uvidite neskol'ko ob'ektov, verhnii predel massy chernoi dyry v kotoryh prevyshaet znachenie dlya GRS 1915+105 (14 mass Solnca). Nado, konechno, otmetit', chto massy chernyh dyr v etih sistemah opredeleny ochen' netochno. A vot funkciya mass fv=9.5Mo (i nizhnii predel massy chernoi dyry) u sistemy GRS 1915+105 samyi bol'shoi iz vseh izvestnyh na segodnya kandidatov v chernye dyry.
[**] "... poetomu sushestvovanie v sisteme GRS 1915+105 massivnoi chernoi dyry vse eshe ostaetsya okonchatel'no ne dokazannym ..." - podrobnee o poiskah kandidatov v chernye dyry v rentgenovskih dvoinyh sistemah mozhno prochitat' zdes'.
Tehnicheskaya informaciya o fotografiyah
Verhnyaya chast' risunka Photo 31a/01 byla postroena s pomosh'yu programmy predostavlennoi Robertom Hainsom (Robert Hynes) iz Universiteta Sautgemptona, Velikobritaniya. Photo 31b/01 so spektrom sistemy GRS 1915+105 v K-polose byla poluchena na 8.2-m teleskope VLT ANTU observatorii Paranal s pomosh'yu spektrografa ISAAC. On predstavlyaet soboi summu pyati spektrov, kazhdyi iz kotoryh byl poluchen za 8 ekspozicii po 250 sekund kazhdaya. Takim obrazom polnoe vremya eksponirovaniya sostavilo 167 minut. Shel' spektrografa byla ravna 1 uglovoi sekundy, pri etom spektral'noe razreshenie sostavlyalo primerno 3000.
Kak svyazat'sya s avtorami
Jochen Greiner
Astrophysical Institute Potsdam
Potsdam, Germany
Tel.:+49 331 7499 532
email: jgreiner@aip.de
(Dannaya stat'ya predstavlyaet soboi perevod press-reliza ESO N 24 za 2001 god. Perevod M.E.Prohorova.)
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
chernye dyry - effekt Dopplera - kandidaty v chernye dyry - VLT - funkciya mass - luchevaya skorost' - Spektr - dvoinaya sistema
Publikacii so slovami: chernye dyry - effekt Dopplera - kandidaty v chernye dyry - VLT - funkciya mass - luchevaya skorost' - Spektr - dvoinaya sistema | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
