Дается обзор современного состояния дел в исследовании сверхмассивных черных дыр. Особое внимание уделяется данным, полученным на Космичеком телескопе.

Автор известен как "потясатель священных коров". Статья более чем спорная, чем и интересна. Вокруг недавних результатов уже началась бурная дискуссия.

Рассматривается процесс образования черных дыр при коллапсе массивных звезд. При этом автор получает более чем неожиданные результаты.... Хотелось бы увидеть комментарии специалистов.

Как вы думаете, сколько существует хороших оценок масс для сверхмассивных черных дыр? 117! В статье авторы анализируют данные по всем этим объектам. Дополнительно приводятся 200 оценок масс черных дыр, полученные по свойствам балджей галактик (существует довольно хорошее соответствие между массой дыры и массой балджа).

Авторы приходят к выводу, о том, что многие корреляции не так уж и хороши. Например, нет корреляции между массой черной дыры и светимостью галактики.

Почему до сих пор никто не получил Нобелевскую премию за открытие черной дыры? Оин из возможных вариантов ответа таков: никто не доказал существование горизонта у какого-либо из т.н. "кандидатов черные дыры". Как можно доказать наличие горизонта? Авторы статьи считают, что никак!

Обсуждаются сверхмассивные черные дыры: как их сделать, чем их "кормить" и что при этом происходит.

В астрофизике сверхмассивных черных дыр есть еще очень много вопросов. Неизвестно как они образуются, как эволюционируют. Одна из возможностей роста черных дыр - слияния галактик, в центрах которых уже есть черные дыры. Авторы исследуют как при этом изменяется вращение черных дыр. Оказывается, что в среднем черные дыры после слияний замедляются. Для ускорения вращения нужно сочетание довольно редких параметров. Наблюдения же указывают, что многие сверхмассивные черные дыры довольно быстро вращаются. Если это действительно так, то это может накладывать важные ограничения на роль слияний в росте массы черных дыр в центрах галактик.

Что будет, если посветить на черную дыру? Будет много интересного. В частности, часть лучей вернется обратно. Можно ли это наблюдать? Авторы рассматривают несколько ситуаций (Солнце и близка черная дыра и др.). К сожалению, перспективы обнаружить такое "световое эхо" невелики, но сама статья довольно интересна.

Рассматривается коллапс сверхмассивной звезды в сверхмассивную черную дыру. Показано, что параметры, полученные недавно в результате численных расчетов, могут также быть получены аналитически.

Черные дыры бывают разными: звездных масс (образуются из звезд), сверхмассивные (образуются в центрах галактик), первичные (очень маленькие массы, как у астероида, образуются в ранней Вселенной). Последнее время появились указания на существование черных дыр с массами порядка нескольких тысяч масс Солнца. Открыто много т.н. сверхярких источников, светимость которых соответствует эддингтоновскому пределу для объекта с массой порядка нескольких тысяч масс Солнца. Однако, многие считают, что тут все может быть просто. Светимость оценивают в предположении изотропного излучения. Если же есть струи, то реальная светимость на порядки ниже, и проблемы нет.

В статье описывается измерение массы черной дыры в шаровом скоплении G1 (Mayall II). Оно находится в Туманности Андромеды. По дисперсии скоростей звезд ученые оценили массу дыры. Это не совсем прямое измерение (лучше было бы получить индивидуальные скорости звезд на очень малом расстоянии от ядра), однако рещультат выглядит довольно надежным. Возможно, G1 это не обычное скопление, а ядро галактики, поглощенной Туманностью Андромеды. По соотношению масса дыры - дисперсия 1 попадает на одну прямую со многими галактиками.

Кроме этого, по наблюдениям на Космическом телескопе открыта черная дыра с массой 4 10³ масс Солнца в шаровом скоплении М15 (astro-ph/0209314, astro-ph/0209315).

Автор численно и аналитически исследует . Показано, что в реальных сверхмассивных черных дырах и черных дырах звездных масс существенно более важным оказываются именно гравитационные эффекты, а эффекты, связанные с магнитными полями (полем диска, например), менее важны. Расчеты сравниваются с наблюдениями квазаров, лацертид и галактических источников.
astro-ph/0210545 Внутренности черных дыр и их астрофизика (The Interior of Black Holes and their Astrophysics)
Authors: Yulia Artemova, Igor Novikov
Commets: 17 pages

Очень интересная статья классика советской и мировой космологии Игоря Дмитриевича Новика и его сотрудницы.

Что можно сказать об области внутри черной дыры? Самое важное - то, что под горизонтом черной дыры радиальная координата становится временем (и поэтому падение в центр черной дыры невозможно остановить), а время приобретает свойства пространственной координаты. Внутри черной дыры есть особая область (или точка), где кривизна пространства-времени становится бесконечной. Она называется сингулярностью. Колоссальные приливные гравитационные силя вблизи сингулярности меняют физические законы. Пространство и время там на только сильно искривляются, но и "расщепляются" на кванты.

В статье, также, заданы несколько вопросов:

• Можно ли увидеть, что происходит внутри черной дыры?
• Может ли падающий в черную дыру наблюдатель пересечь сингулярность так, чтобы не быть уничтоженным приливными силами?
• Может ли внутри черной дыры зародиться новая Вселенная?

В статье также дан краткий обзор астрофизических свойств черных дыр.

Автор детально рассматривает механизм Б-З. Это очень важный процесс для физики активных ядер галактик (а также, возможно, гамма-всплесков и микроквазаров).

Доказать, что мы видим именно черную дыру очень и очень непросто. Особенно в тесной двойной системе, где основная доля излучения приходит от аккреционного диска. Самые разные авторы в течение долгого времени пытаются найти свойства, по которым можно было бы с уверенностью сказать видим ли мы аккрецирующую черную дыру, или это все-таки нейтронная звезда.

Если иметь ввиду очень высокий уровень достоверности, то сделать это невозможно. По той простой причине, что в своих поисках авторы изначально полагают, что такие-то источники являются черными дырами, а такие-то нейтронными звездами. А после ищут закономерности, которые потом прилагают к новым источникам. С другой стороны ясно, что свойства должны быть различными, так что вся эта наука ненапрасна. В данной статье авторы рассматривают эволюцию спектров объектов. Отмечу, что в статье вообще нет формул (точнее нет выделенных формул, в тексте-то простые соотношения встречаются). Исследование проводится на большом фаткическом материале. Так что читать интересно. Авторы полагают, что они нашли способ "отобрать черную фасоль от белой". Но на самом деле, их результаты позволяют просто по спектрам без определения фуекции масс сказать, что такой-то объект является кандидатом в черные дыры. Это тоже важно, но будем ждать более прямых доказательств.

Отечественная работа - из ФИАНа (доклад на эту тему будет сделан в конце декабря в Москве на конференции HEA-2002). Хорошо известный факт, что на расстоянии 3R_g от Шварцшильдовской черной дыры движение пробной частицы по круговой орбите становится неустойчивым и она падает на черную дыру. С частицами в аккреционном диске, внутренний край которого доходит до последней устойчивой орбиты, происходит тоже самое - они падают внутрь. Но как при этом ведет себя вертикальная структура диска внутри этой границы? Ответ, полученный авторами показан на рисунке. Граница устойчивого диска расположена слева, черная дыра - справа.

Это та самая статья о той самой черной дыре, которая породила сенсацию на этой неделе. О ней уже много и по-разному написано: astronet, rambler, cnews. Данная система является тесной двойной содержащей черную дыру. Основной результат, полученный в статье, - измерена пространственная скорость системы и построена траектория ее движения в Галактике. Эта скорость (около 100 км/с относительно близких к ней звезд) достаточно велика, а галактическая орбита имеет заметный эксцентриситет. Оба этих фактора указывают на то, что при рождении черная приобрела дополнительную скорость (этот эффект еще называют отдача или кик). Это первая черная дыра с явными признаками анизотропии вспышки сверхновой и именно это авторы статьи считают самым важным своим выводом.

Иерархические тройные системы (в которых два тела обращаются друг вокруг друга на небольшом расстоянии, а третье вокруг них - на существенно большем) состоящие из черных дыр могут образовываться в шаровых скоплениях при столкновениях двойных черных дыр. какова их дальнейшая судьба? Существенную роль в ней играет эффект Козаи - периодические изменение эксцентриситетов внутренней и внешней орбит компонентов иерархической тройной. Такое изменение орбит вкупе с излучением гравитационных волн приводит к слиянию внутренней пары черных дыр в системе. На мой взгляд это (описание эффекта Козаи и его следствие) самое интересное в статье.

Ну а дальше идут оценки можно ли будет зарегистрировать такие черные дыры на планируемых гравитационных детекторах (что менее интересно).

Какие механизмы вызывают активность черных дыр (BH) и как она может проявляться? Авторы обращают внимание, что большая часть электромагнитного излучения BH исходит или связана с джетами. Второе, на что они обращают внимание - утверждение, что слияние галактик приводит к слиянию их центральных BH. Сначала они сближаются из-за динамического рения "о звезды", на последнем этапе вступают в действие силы гравитации и тут очень важным оказывается ориентация моментов вращения BH. Оценивается эффективность этих процессов, как источников гравитационных волн. Обзор хорошо иллюстрирован.

Слияние сверхмассивных черных дыр, которые наблюдаются в центрах галактик (при слияние галактик, по-видимому, сливаются и их центральные черные дыры), может наблюдаться с очень больших расстояний (до z~3-10). И низкочастотные гравитационные волны от них можно будет обнаружить на космическом интерферометре LISA (запуск в 2013 г.) и при высокоточном наблюдении моментов приходов импульсов от радиопульсаров.

Черные дыры испаряются (процесс Хокинга). По мере уменьшения массы черной дыры поток излучения от нее и его температура растут. Микроскопические дыры уже могут испускать не только фотоны, но и частицы обладающие ненулевой массой покоя. Таким образом от микроскопических черных дыр оттекает поток очень горячего вещества. Это вещество излучает нейтрино. Кроме того нейтрино испускаются самой черной дырой. Спектр нейтринного излучения в диапазоне энергий от 1 ГэВ до планковской энергии для последних нескольких часов существования микроскопической черной дыры рассчитаны в данной работе.

Дается обзор рентгеновских наблюдений сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик на больших красных смещениях (z > 4).

Оказывается сливающиеся двойные черные дыры можно использовать как стандартные свечи - источники гравитационных волн с точно известной светимостью. Наблюдая за изменением амплитуды и частоты сигнала мы можем определить все параметры этой системы и вычислить красное смещение и расстояние до нее с точностью 1%! (Только, по-моему, этот факт был достаточно давно известен.)

Маленькие черные дыры образуются на ранних этапах эволюции Вселенной, если перепады плотности тогда были достаточно велики. В этой статье приведен обзор последних достижений в этой области. Рассмотрены вопросы поиска таких черных дыр (через космические и гамма-лучи), использования первичных черных дыр для изучения Вселенной на очень малых космологических шкалах (в очень раннем возрасте). В конце рассмотрены некоторые эффекты "новой физики" - влияние высших измерений на образование первичных черных дыр.

Если две галактики с черными дырами в центрах сливаются, то через некоторое время обе черных дыры оказываются в центре (минимуме гравитационного потенциала) образовавшейся галактики, где образуют двойную систему. Гравитационный волны от такой двойной могут быть зарегистрированы космическим детектором LISA. Данная статья посвящена процессам, которые будут происходить в такой системе, когда расстояние между черными дырами станет меньше парсека.

Дается обзор наблюдений черных дыр в двойных системах с помощью спутников SIGMA/GRANAT, Compton-GRO, Beppo-SAX и Rossi-XTE. Обсуждается, что смогут увидеть от этих объектов такие проекты как INTEGRAL, SWIFT, AGILE и GLAST.

Описываются наблюдения гигантских всплесков в диапазоне 15 - 300 keV от источника, чья область локализации совпадает в пределах ошибок с источником Cygnus X-1. Вспышки наблюдались с 1995 по 2002 гг. на различных космических аппаратах, входящих в планетарную сеть (interplanetary network).

Похоже появился еще один кандидат в черные дыры. Функция масс компактного объекта (т.е. нижняя граница его массы) превышает 2.0M_o (значимость 95%), а по лучшим данным полученным за один орбитальный оборот (около 1.7 дня) -- 5.8+/-0.5M_o.

Кейт Хорн (Keith Horne) является известным специалистом по томографии аккреционных дисков. Такой вид исследования возможен, например, в затменных двойных системах. В этой статье речь идет об исследование аккреционных потоков в активных ядрах галактик, где второго объекта нет! Здесь технология совсем другая. Исследуется "эхо" - переизлученный свет. Измеряются временные задержки, доплеровский сдвиг и т.д. Пока методика находится в стадии становления. Автор надеется, что в скором будущем она поможет узнать много нового о процессах в активных ядрах галактик.

На структуру распределения звезд вблизи центра галактики очень сильно влияет Расположенная в центре черная дыра. Автор делает вывод, что в ядрах галактик С абсолютной видимой величиной M^v>-20 объясняются одиночными черными дырами, а в более ярких - черные дыре двойные.

Как мы уже неоднократно писали, в последнее время появились наблюдательные указания на возможность существования черных дыр промежуточных масс (в промежутке между "звездными" и сверхмассивными - т.е. порядка тысяч-десятков тысяч масс Солнца). В статье дается обзор современного состояния дел в этой области.

См. также "Evidence for an intermediate mass black hole and a multi-zone warm absorber in NGC 4395" astro-ph/0302108.

Напомним, что ультрамощными (Ultraluminous) источниками называют системы, светимость которых (в предположении эддингтоновского предела и изотропного излучения) соответствует черной дыре с массой более 100 масс Солнца. Если излучение и впрямь изотропно, то тогда это аргумент в пользу черных дыр промежуточных масс. Однако, возможно, что мы смотрим "в жерло вулкана", т.е. что есть джет, направленный на нас. Тогда полная светимость будет конечно же меньше, и все можно объяснить обычными "звездными" черными дырами.

В этой популярной статье авторы рассказывают о своем открытии радиоизлучения от одного из ульрамощных источников. Это является серьезным аргументом в пользу джета. Однако, конечно джет может порождаться и черной дырой промежуточной массы....

По джетам от черных дыр см. статью "Jets in Supermassive and Stellar-Mass Black Holes" astro-ph/0302195.

О наблюдениях Чандры см. "A Study of Ultra-Luminous X-ray Sources from the Chandra Archive of Galaxies" astro-ph/0302203.

Рассматриваются корреляции между параметрами черной дыры и хозяйской галактики. Описываются новые достижения в измерении масс черных дыр.

См. также "The Black Hole Masses of High-Redshift Quasars" astro-ph/0302457.

Измерение радиального ускорения 5 миллисекундных пульсаров в NGC 6752 позволяет определить расположение черной дыры в этом шаровом скоплении. Более внимательное изучение этих данных может позволить нам отличить одиночная или двойная черная дыры присутствует в данном скоплении.

Как пары и тройки притягивающихся частиц будут двигаться вокруг Шварцшильдовской черной дыры? Чем это движение отличается от Ньютоновского случая? Как это посчитать просто, но с небольшой ошибкой? На эти три вопроса данная статья дает ответ.

Автор утверждает, что статья "простая" и даже "полупедагогическая". Осталось назвать тему - близкие пролеты и слияния черных дыр.

Есть ли на самом деле черные дыры или же все-таки можно придумать какие-то конфигурации, которые для нас были бы неотличимы от черных дыр? Это не пустой вопрос. По этому поводу была подробная статья Абрамовича и др. astro-ph/0207270 с "говорящим" названием "No observational proof of the black-hole event-horizon".

Хейл в своей статье показывает, что факт аккреции накладывает дополнительные сильные ограничения на ухищрения "оставить мир без черных дыр". В первую очередь речь идет о красном смещении, соответствующем поверхности таких статических конфигураций. Оно оказывается вполне наблюдаемым, особенно для сверхмассивных черных дыр. Коли мы его не видим, то стало быть все-таки дыры есть (по-крайней мере сверхмассивные).

Двойная сверхмассивная черная дыра может здорово "перемешать" звезды в галактике. Какие стадии есть у этого процесса? Какова зона влияния двойной черной дыры? Какие наблюдающиеся феномены можно объяснить в рамках этой модели? Вот основные темы данного обзора.

Для тех, кто любит следить за последними данными - новый обзор по сверхмассивным черным дырам. Приводятся некоторые новые данные, формулируются имеющиеся проблемы...

Черные дыры могут испаряться не до конца, а оставлять после себя частицу субпланковской массы (~10^-5 г). Такой вывод вытекает из ряда теорий, авторы статьи приводят для него свои основания. С другой стороны, некоторые теории ранней Вселенной (например, модели гибридной инфляции) предсказывают рождение многочисленных первичных черных дыр. Автор утверждает, что недоиспарившиеся остатки этих черных дыр могут и быть темной материей.

[Прим. Переводчика: Сейчас масса темной материи составляет около 30% от полной массы Вселенной. Для выполнения этого условия черные дыры должны были с самого начала рождаться с малыми массами.]

Связь, указанная в заглавии, подтверждена по выборке из 12 галактик с очень хорошо измеренными кривыми вращения. Обсуждается происхождение такой зависимости.