В.С. Впервые они были обнаружены, конечно, давно, в 89-м году еще. Так сказать, описаны. Но осознаны 2-3 года назад, наверное.
С.Ф. На следующих картинках будет о них рассказ – об ультраярких рентгеновских источниках. Это фотография в рентгеновских лучах со спутника «POSAT» галактики М-31, знаменитой туманности Андромеды. Это галактика нашей Местной Группы. Местная Группа галактик – это наша Галактика, М33, вот та картинка, что до этого была, М31, плюс несколько десятков карликовых галактик. В рентгеновских лучах она выглядит, может, не так красиво, как в оптике. Объектов типа ультраярких рентгеновских источников, здесь нет ни одного. Один такой объект был бы ярче, чем вся эта галактика. Конечно, открытие таких источников в других галактиках заинтересовало и заинтриговало.
В.С. Здесь есть яркое сгущение. Оно такое же, но находится где-то на краю галактики. Это яркий источник.
А.Г. То есть, если мы в рентгеновском диапазоне видим у галактики, по сути дела, два центра, то значит, это есть сверхяркие рентгеновские источники.
С.Ф. На самом деле ультраяркие рентгеновские источники должны появляться и в центрах галактик. Но там трудно доказать, что это не активное ядро. Потому что некоторые активные ядра галактик – квазары, они же имеют почти такую же светимость. Поэтому не помещалось в голове, чтобы какой-то микроквазар светил с такой чудовищной мощностью.
В.С. Просто есть малоактивные квазары, лайнеры так называемые, у которых светимость как раз такая, 10 в 40-й, 10 в 42-й эргов в секунду.
С.Ф. Вот это уже наши результаты из галактики Holmberg-2, есть такой ультраяркий источник. Это карликовая галактика. А красным здесь показана только небольшая область этой карликовой галактики. То есть сама галактика раз в 20 больше, чем красная область, которая была сфотографирована в фильтре линии H-альфа, это линия водорода. Рядом же есть огромная, гигантская галактика М81, которая существенно больше карликовой галактики. Так вот, эта штучка, которая в центре крестиком помечена, в рентгеновском диапазоне излучает примерно столько же, сколько вся гигантская галактика М81. Светимость для астрономов раньше была невероятная. Мы можем назвать цифру 10 в 40-й степени эргов за секунду. Это примерно в 100 миллионов раз ярче, чем полная светимость Солнца – только в рентгене.
Здесь на картинке результаты, которые мы получили, когда провели панорамную спектроскопию на так называемом мультизрачковом (MPFS) фиберном спектрографе, на 6-метровом телескопе БТА. Это прекрасный спектрограф, создатель его Виктор Афанасьев, и идея там замечательная: матрица из 15 на 15 микрообъективов. Они ставятся в фокальную плоскость телескопа, и каждый микрообъектов формирует изображение. Потом оптоволокном все изображения выводят на ПЗС-детектор. Это так называемая 3D-спектроскопия. Во-первых, у вас два измерения на картинке – 2D и еще спектр в каждой точке. Это новые методы, сейчас на крупнейших телескопах создаются примерно такие спектрографы, но этот наш спектрограф был первым.
Еще квадратик – поле наблюдений со спектрографом РMAS, это спектрограф немецкий, они промазали немножко, но неважно. CHANDRA, это американская рентгеновская обсерватория, дала черный квадратик. Здесь находится объект. И дальше, на следующей картинке, то же самое, но это уже результат или изображение с многозрачкового спектрографа MPFS. Самое интересное, что обнаружено (верхняя левая картинка), туманность в линии гелия-2. Это очень высокое возбуждение газа. И эта туманность возбуждается рентгеновским источником. Доказано, что источник сидит именно там, в этой галактике, что это не проекция. И именно межзвездный газ той галактики «видит» этот рентгеновский источник.
Что, собственно, новым является – хотя в той теме, что мы обсуждаем, у Валеры, я знаю, другое мнение на природу этих объектов. Эта тема – даже не новейшая история, это просто текущая ситуация. Пока это все только в процессе понимания, или даже в начале понимания. Так вот, новым является то, что мы обнаружили градиент скорости в туманности.
Это яркое красное пятно – туманность в линии гелий-2. Одна часть туманности к нам приближается на 50 километров в секунду, а другая удаляется с такой же скоростью. Такое возможно только в случае, если это действительно SS433 или микроквазар, то есть имеется динамическое воздействие струй на межзвездный газ. Несмотря на то, что такие объекты были предсказаны, конечно же, сразу появились другие идеи. И альтернативная, самая интересная идея, что ультраяркие рентгеновские источники – это черные дыры промежуточных масс. Они предсказаны астрономами были давно. В принципе, они должны формироваться либо из первичных звезд, в самом-самом начале, когда еще Вселенная не прожила и процента своего времени – когда образовывались первичные, очень массивные звезды. Либо в шаровых скоплениях. Да, возможно, это черные дыры промежуточных масс. Почему нужна большая масса и почему промежуточная? У нас есть квазары – миллионы и миллиарды масс Солнца и есть микроквазары – несколько масс Солнца, а где черные дыры в тысячи масс Солнца?
В.С. Сто – тысяча масс Солнца.
С.Ф. И это конкурирующая идея: черная дыра промежуточной массы, в принципе, может тоже очень ярко излучать. Потому что очень большая масса. Валера считает, что..
В.С. Я могу сам рассказать. Дело в том, что в такой же двойной системе, в которой находится СС-433, может находиться черная дыра очень большой массы, 50 масс Солнца, сто масс Солнца. Ну, сто масс Солнца я загнул, конечно, 50. И если на нее будет сыпаться в режиме сверхкритической аккреции или близкой к ней вещество, она может излучать как раз 10 в 40-й эргов в секунду, те самые, которые нужны. Но там, правда, есть одно затруднение: дыра такой массы будет давать слишком мягкий рентгеновский спектр, не такой жесткий, как наблюдается. Здесь, на самом деле, если мы теорию дисковой аккреции будем более тонко рассматривать, можно сделать излучение таким жестким, каким оно наблюдается.
В объектах нашей Галактики, таких как Лебедь ХI, наблюдаются более жесткие спектры, чем следует из простейшей теории дисковой аккреции, то есть они переходят из одного состояния в другое, когда излучение идет главным образом в мягком рентгеновском диапазоне. Тогда в этом диапазоне они становятся очень яркими – такое мягкое излучение. Это сам аккреционный диск, оптически толстый, светит, как ему полагается по теории. Но иногда происходит переход в жесткое состояние, когда вся та же энергия примерно высвечивается, но в более широком диапазоне спектра, в более жесткой части, поэтому в мягком диапазоне спектра он подседает, как бы низкое состояние у него в этом диапазоне становится.
С.Ф. Ты объясни, если это черная дыра промежуточной массы, откуда 10 в 40-й эрг за секунду? И больше ничего не требуется.
С.Ф. Для одной массы Солнца критическая светимость – 10 в 38-й. Это если ты берешь просто сто масс Солнца, у тебя будет 10 в 40-й. Но 100 – много.
А.Г. Почему 100 – это много?
В.С. Потому что 100 – это верхний предел на массу современных звезд, они не могут существовать большей массы просто из-за того, что та же самая светимость, сверхкритическая, будет осуществляться уже в звезде.
А.Г. А первичные звезды могли быть большей массы?
В.С. Первичные звезды могли быть, наверное, и большей массы, да.
С.Ф. Это гипотетический объект, мы должны верить нашим наблюдениям. Накоплены терабайты наблюдений. Итак, самая массивная известная черная дыра – 14 масс Солнца. Я думаю, мы не можем говорить о 50 или о 100 массах Солнца.
В.С. Но, тем не менее, существуют теоретические сценарии, которые позволяют черной дыре иметь 50 масс Солнца. И если мы будем на нее сыпать гелий, а не водород, в котором давление излучения на эту систему гелия меньше в два раза, то выиграем двойку. Но если мы каллимацию сделаем не как у SS433 – только вдоль луча зрения практически, – а чуть-чуть побольше, то все равно на этом мы можем двойку, четверку выиграть, я думаю.
