Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

Первые галактики с активными ядрами были идентифицированы Карлом Сейфертом (Carl Seyfert) по наблюдениям спектральных линий в 1943 г. Однако активное изучение подобных объектов началось уже в 1950-е гг. – с развитием радиоастрономии. Ключевым моментом стало определение Мартином Шмидтом в 1963 г. расстояний до квазаров, после чего проблема объяснения существования внегалактических очень компактных (менее миллиарда километров) и очень мощных источников излучения стала весьма актуальной.

В течение нескольких лет рассматривалось несколько вариантов объяснения активности галактических ядер: большое количество сверхновых, очень массивные звездоподобные объекты, плотное скопление звезд в ядре галактики и т. д. Наконец, в 1964 г. Яков Зельдович, Игорь Новиков и Эдвин Солпитер предположили, что мощное энерговыделение в квазарах и родственных им объектах можно объяснить аккрецией большого количества газа на сверхмассивную черную дыру массой от десятков миллионов до миллиарда масс Солнца.

Активное исследование ядер галактик началось в 1950-е гг. с развитием радиоастрономии.

В 1969 г. Дональд Линден-Белл предположил, что неактивные сверхмассивные черные дыры в центрах галактик могут быть часто встречающимися объектами, поскольку время активности квазара намного меньше времени жизни галактики. Это открывало путь к поиску таких спокойных сверхмассивных черных дыр и определению их свойств.

В 1964 г. Зельдович, Новиков и Солпитер предложили модель аккреции на сверхмассивную черную дыру.

Существует сверхмассивная черная дыра и в центре нашей Галактики. Ее масса составляет около 4 млн масс Солнца, и она наблюдается как слабый источник в разных диапазонах спектра. Изредка происходят короткие вспышки, связанные с повышением активности, но даже тогда светимость не превосходит светимости ярких звезд. Однако исследования показали, что не всегда активность этой черной дыры была низкой.

Массу черной дыры в центре нашей Галактики удалось очень точно определить с помощью наблюдения вращения звезд вокруг нее (вообще, самые точные оценки масс черных дыр можно получить, изучая вращение объектов на небольшом расстоянии от них). В других галактиках мы можем наблюдать движение газа в окрестности черной дыры или вращение мазерных источников вокруг нее (см. раздел 7.3 «Сверхмассивные черные дыры»), что также дает очень точные оценки. Существует еще ряд методов, позволяющих с большей или меньшей точностью определять массы сверхмассивных черных дыр.

В центре нашей Галактики находится черная дыра с массой около 4 млн солнечных.

Сейчас мы знаем, что практически все галактики с заметным балджем (центральной сферической составляющей) имеют сверхмассивные черные дыры. Массы известных объектов этого типа простираются от нескольких сотен до пары десятков миллиардов масс Солнца. Существует заметная корреляция массы черной дыры с массой балджа (но не полной массой галактики!). Как правило, черные дыры как минимум в сотни и тысячи раз легче своих галактик.

В конце 1960-х гг. было обнаружено рентгеновское излучение активных ядер. Оказалось, что некоторые квазары излучают в рентгеновском диапазоне столько же энергии, сколько и в оптическом (как показали наблюдения на спутниках Chandra («Чандра», назван в честь Субраманьяна Чандрасекара) и XMM-Newton (X-ray Multi-Mirror Mission, Рентгеновский многозеркальный телескоп), бóльшая часть рентгеновского фонового излучения связана с далекими активными ядрами галактик). Это послужило дополнительным аргументом в пользу объяснения их активности с помощью сверхмассивных черных дыр. Позже было обнаружено и гамма-излучение активных ядер, и сейчас эти источники активно изучаются во всех диапазонах электромагнитного спектра. В ряде моделей с ними связывают рождение космических лучей высоких энергий и высокоэнергичных нейтрино, происхождение которых пока окончательно не установлено.

Чем массивнее балдж галактики, тем массивнее черная дыра в ее центре.