События
Квазары
Результаты исследования, проведенного в Космической рентгеновской обсерватории "Чандра", запущенной НАСА, утверждают, что некоторые виды черных дыр являются значительно более хищными, чем остальные. Супермассивные черные дыры находятся в центре галактик, размеры которых в миллиарды раз больше, чем масса нашего Солнца. Некоторые черные дыры, которые относят к типу квазаров, "питаются" пончиками из газа и космической пыли.
Полученный новый результат свидетельствует о том, что некоторые квазары являются даже более искусными пожирателями материи, чем ученые до этого думали.
«Известные пожиратели материи, эти огромные черные дыры поглощают ее, по крайней мере, в пять-десять раз быстрее, чем обычные квазары», сказал астроном Бин Луо из Университета штата Пенсильвания, который возглавлял исследование.
Луо и его коллеги изучили данные, полученные Chandra X-ray от 51 квазаров, расположенных на расстоянии примерно от 5 млрд. до 11,5 млрд. световых лет от Земли. Эти квазары были выбраны потому, что они имели необычно слабые выбросы отдельных атомов, особенно углерода, в ультрафиолетовых длинах волн. Около 65% квазаров в этом новом исследовании светили гораздо слабее в рентгеновских лучах, примерно в 40 раз в среднем, чем обычные квазары.
Фактически "пончики" из газа и космической пыли ограждают черные дыры типа квазаров от любопытных глаз ученых - их расположение объясняет, почему приборы рентгеновской обсерватории видят объекты не так четко, как те, вокруг которых пончика не сформировано. Цзяньфэн Ву (Jianfeng Wu), член команды исследователей, отмечает: "Пончик будет поглощать большую часть рентгеновского излучения рядом с черной дырой и не допустит её повреждения газом, расположенным дальше. За счет этого атомарное ультрафиолетовое излучение и рентгеновское излучение черных дыр типа квазаров значительно слабее".
Вполне возможно, что хищные черные дыры растут гораздо быстрее других. Кроме того, существует вероятность, что черные дыры типа квазаров составляли большинство сразу после Большого Взрыва. Это бы объяснило, почему ученые обнаружили так много квазаров среди объектов, расположенных на расстоянии от 5 до 11,5 миллиарда световых лет.
Отметим, что отнюдь не все сверхмассивные черные дыры являются квазарами - к примеру, наша галактика не входит в их число. Возможно, ситуация с квазарами изменится, как только Млечный Путь столкнется с галактикой Андромеды. Впрочем, нам об этом вряд ли стоит переживать - событие произойдет через 4 миллиарда лет.
Фактически "пончики" из газа и космической пыли ограждают черные дыры типа квазаров от любопытных глаз ученых - их расположение объясняет, почему приборы рентгеновской обсерватории видят объекты не так четко, как те, вокруг которых пончика не сформировано. Цзяньфэн Ву (Jianfeng Wu), член команды исследователей, отмечает: "Пончик будет поглощать большую часть рентгеновского излучения рядом с черной дырой и не допустит её повреждения газом, расположенным дальше. За счет этого атомарное ультрафиолетовое излучение и рентгеновское излучение черных дыр типа квазаров значительно слабее".
Вполне возможно, что хищные черные дыры растут гораздо быстрее других. Кроме того, существует вероятность, что черные дыры типа квазаров составляли большинство сразу после Большого Взрыва. Это бы объяснило, почему ученые обнаружили так много квазаров среди объектов, расположенных на расстоянии от 5 до 11,5 миллиарда световых лет.
Отметим, что отнюдь не все сверхмассивные черные дыры являются квазарами - к примеру, наша галактика не входит в их число. Возможно, ситуация с квазарами изменится, как только Млечный Путь столкнется с галактикой Андромеды. Впрочем, нам об этом вряд ли стоит переживать - событие произойдет через 4 миллиарда лет.
Кладбище звезд
ВАШИНГТОН, 1 мая. Международный коллектив астрономов обнаружил неподалеку от черной дыры в центре Млечного Пути гигантскую "массовую могилу", в которой доживают свой век тысячи белых карликов, пульсаров, двойных рентгеновских звезд и прочих типов мертвых светил.
В центре нашей Галактики, помимо относительно тихой и мирной нравом сверхмассивной черной дыры Sgr A*, находятся сотни и тысячи объектов, испускающих пучки высокой энергии в рентгеновском диапазоне. Для изучения этих небесных тел NASA запустило в 2012 году рентгеновский телескоп NuSTAR, обладающий очень высоким разрешением.
Керстин Перез из университета Колумбии в Нью-Йорке (США) и его коллеги использовали мощности этой орбитальной обсерватории для наблюдения за ярким рентгеновским пятном к востоку от черной дыры. Необычный спектр этого объекта достаточно давно привлекал внимание ученых, природу которого они не могли раскрыть из-за недостаточной мощности имевшихся телескопов в жестком рентгеновском диапазоне.
Объединив данные, собранные во время наблюдений за этой точкой при помощи NuSTAR и другого орбитального телескопа, XMM-Newton, авторы статьи построили спектральную карту окрестностей черной дыры и рассмотрели структуру "восточного пятна".
К большому удивлению ученых, они увидели не единый источник рентгеновского излучения или несколько крупных объектов, а сотни и тысячи ярких точек, чье излучение, вкупе с областями рассеянного рентгена, складывалось в смазанное яркое "восточное пятно".
Эти источники, судя по их излучению, носили самый разнообразный характер – пятно содержит в себе большое количество тяжелых белых карликов, активно поглощающих материю, а также рентгеновских двойных звезд и "раскрученных" миллисекундных пульсаров. Общее число подобных мертвых звезд, по оценкам астрофизиков, составляет от несколько сотен до нескольких тысяч, передает РИА Новости.
Присутствие целого кладбища из белых карликов и других мертвых звезд в окрестностях черной дыры является полной неожиданностью для астрономов – текущие общепринятые теории указывают на то, что их должно быть на три порядка меньше в ядре Галактики, чем указывают данные NuSTAR. Если это действительно так, то тогда можно говорить о том, что текущие представления о жизни центральной части Млечного Пути нуждаются в серьезной корректировке.
Ученые не исключают того, что пятно может быть порождено излучением потоков "объедков" от черной дыры, останками крупных сверхновых или другими рассеянными источниками рентгена, но сильно сомневаются в этом, так как их яркость будет заметно ниже, чем сила свечения "восточного пятна" при всех реалистичных сценариях.
К большому удивлению ученых, они увидели не единый источник рентгеновского излучения или несколько крупных объектов, а сотни и тысячи ярких точек, чье излучение, вкупе с областями рассеянного рентгена, складывалось в смазанное яркое "восточное пятно".
Эти источники, судя по их излучению, носили самый разнообразный характер – пятно содержит в себе большое количество тяжелых белых карликов, активно поглощающих материю, а также рентгеновских двойных звезд и "раскрученных" миллисекундных пульсаров. Общее число подобных мертвых звезд, по оценкам астрофизиков, составляет от несколько сотен до нескольких тысяч, передает РИА Новости.
Присутствие целого кладбища из белых карликов и других мертвых звезд в окрестностях черной дыры является полной неожиданностью для астрономов – текущие общепринятые теории указывают на то, что их должно быть на три порядка меньше в ядре Галактики, чем указывают данные NuSTAR. Если это действительно так, то тогда можно говорить о том, что текущие представления о жизни центральной части Млечного Пути нуждаются в серьезной корректировке.
Ученые не исключают того, что пятно может быть порождено излучением потоков "объедков" от черной дыры, останками крупных сверхновых или другими рассеянными источниками рентгена, но сильно сомневаются в этом, так как их яркость будет заметно ниже, чем сила свечения "восточного пятна" при всех реалистичных сценариях.
Sgr A* и G2
Квазары, самые яркие объекты Вселенной , черпают свою энергию из сверхмассивных черных дыр, располагающихся в центре большинства галактик.
Но не все галактики способны "прокормить" свою черную дыру, то есть обеспечить ей постоянный приток материи. Поэтому такие черные дыры относительно "тусклы", "бесшумны" и не испускают в окружающее пространство мощные потоки излучения. Из-за этого их весьма тяжело обнаружить и практически невозможно наблюдать за процессами, происходящими в непосредственной близости от них.
В такую категорию попадает и центральная черная дыра Млечного Пути, имеющая название Sgr A*. Она слабо излучает в суб-рентгеновском диапазоне волн, и ее было бы невозможно обнаружить, не будь она столь близка к Земле.
Астрономы обнаружили газовое облако с массой, равной трем массам Земли. Это облако движется по траектории, которая в 2013 году пройдет в непосредственной близости от черной дыры Sgr A*. Когда это произойдет, Sgr A* получит неожиданную подпитку материей, что приведет к внезапному сильному выбросу излучения в космическое пространство.
Многие из звезд имеют эксцентрические орбиты, вытянутые под воздействие гравитации черной дыры. За этими звездами и их траекториями периодически наблюдает телескоп Very Large Telescope (VLT), который и обнаружил "нечто, двигающееся со скоростью 1700 км/с прямо к черной дыре Sgr A*".
Дальнейшие наблюдения показали, что это "нечто" является газовым облаком. Траектория движения облака не упирается прямо в черную дыру Sgr A*, облако летом 2013 года пройдет на удалении 36 световых часов от черной дыры. В результате воздействия гравитации черной дыры Sgr A* газовое облако постепенно разгоняется, на момент обнаружения его скорость составляла 1200 км/с, а за последующие семь лет его скорость почти удвоилась.
С помощью наземного телескопа VLT астрономы пронаблюдали за тем, как черная дыра Стрелец A* (Sagittarius A*, Sgr A*) начинает растягивать газовое облако и в скором времени затянет его.
"Сейчас «голова» газового облака растянулась более чем на 160 миллиардов километров по обе стороны от точки наибольшего сближения облака с черной дырой. А сама эта точка находится на расстоянии лишь немногим более 25 миллиардов километров от черной дыры — т. е. облако чудом избежало прямого падения в черную дыру. Облако растянуто настолько, что его ближайший контакт с черной дырой уже нельзя назвать единовременным событием: это, скорее, процесс, который растянется как минимум на один год", - сообщает Стефан Гиллессен, руководитель группы наблюдателей из Института внеземной физики им. Макса Планка (Германия). Поскольку газовое облако растянулось, то оно стало более разреженным. Соответственно разреженное облако его намного труднее зафиксировать. Однако астрономам удалось это сделать: для этого они использовали спектрограф SINFONI, который улавливает ближний инфракрасный свет (1-2,5 мкм). Кроме того, снимок делался с большой экспозицией, которая составила 20 часов. В результате получившегося снимка астрономы смогли измерить скорость различных частей газового облака G2.
"Самое удивительное, что нам удалось увидеть, так это то, что "голова" облака теперь снова движется в наше сторону со скоростью более 10 миллионов километров в час, а это 1% от скорости света. Это значит, что передняя часть облака уже миновала точку наибольшего сближения с черной дырой", - сказал Райнхард Генцель, руководитель группы ученых, которая исследует данную область уже почти двадцать лет.
Что касается вопроса о происхождении G2, то тут астрономы не могут дать точного ответа. Некоторые ученые считают, что облако могло быть сформировано звездным ветром, который исходит от звезд, располагающихся вокруг черной дыры. Есть гипотеза, что G2 образовалось в результате выброса релятивистской струи (джета) из центра Галактики. И наконец, третья версия предполагает, что в центре облака есть, или была звезда, звездный ветер, либо газо-пылевой диск которой сформировал данное облако газа и пыли.
В любом случае, наблюдение за газопылевым облаком G2 поможет прояснить многие процессы, происходящие в окрестностях черной дыры, полученные результаты исследования которых, в свою очередь, можно будет использовать при изучении удаленных черных дыр.
Многие из звезд имеют эксцентрические орбиты, вытянутые под воздействие гравитации черной дыры. За этими звездами и их траекториями периодически наблюдает телескоп Very Large Telescope (VLT), который и обнаружил "нечто, двигающееся со скоростью 1700 км/с прямо к черной дыре Sgr A*".
Дальнейшие наблюдения показали, что это "нечто" является газовым облаком. Траектория движения облака не упирается прямо в черную дыру Sgr A*, облако летом 2013 года пройдет на удалении 36 световых часов от черной дыры. В результате воздействия гравитации черной дыры Sgr A* газовое облако постепенно разгоняется, на момент обнаружения его скорость составляла 1200 км/с, а за последующие семь лет его скорость почти удвоилась.
С помощью наземного телескопа VLT астрономы пронаблюдали за тем, как черная дыра Стрелец A* (Sagittarius A*, Sgr A*) начинает растягивать газовое облако и в скором времени затянет его.
"Сейчас «голова» газового облака растянулась более чем на 160 миллиардов километров по обе стороны от точки наибольшего сближения облака с черной дырой. А сама эта точка находится на расстоянии лишь немногим более 25 миллиардов километров от черной дыры — т. е. облако чудом избежало прямого падения в черную дыру. Облако растянуто настолько, что его ближайший контакт с черной дырой уже нельзя назвать единовременным событием: это, скорее, процесс, который растянется как минимум на один год", - сообщает Стефан Гиллессен, руководитель группы наблюдателей из Института внеземной физики им. Макса Планка (Германия). Поскольку газовое облако растянулось, то оно стало более разреженным. Соответственно разреженное облако его намного труднее зафиксировать. Однако астрономам удалось это сделать: для этого они использовали спектрограф SINFONI, который улавливает ближний инфракрасный свет (1-2,5 мкм). Кроме того, снимок делался с большой экспозицией, которая составила 20 часов. В результате получившегося снимка астрономы смогли измерить скорость различных частей газового облака G2.
"Самое удивительное, что нам удалось увидеть, так это то, что "голова" облака теперь снова движется в наше сторону со скоростью более 10 миллионов километров в час, а это 1% от скорости света. Это значит, что передняя часть облака уже миновала точку наибольшего сближения с черной дырой", - сказал Райнхард Генцель, руководитель группы ученых, которая исследует данную область уже почти двадцать лет.
Что касается вопроса о происхождении G2, то тут астрономы не могут дать точного ответа. Некоторые ученые считают, что облако могло быть сформировано звездным ветром, который исходит от звезд, располагающихся вокруг черной дыры. Есть гипотеза, что G2 образовалось в результате выброса релятивистской струи (джета) из центра Галактики. И наконец, третья версия предполагает, что в центре облака есть, или была звезда, звездный ветер, либо газо-пылевой диск которой сформировал данное облако газа и пыли.
В любом случае, наблюдение за газопылевым облаком G2 поможет прояснить многие процессы, происходящие в окрестностях черной дыры, полученные результаты исследования которых, в свою очередь, можно будет использовать при изучении удаленных черных дыр.
Аномалии
Центр галактики Млечный Путь в последнее время характеризуется рентгеновской активностью, в сотни раз превышающей обычную.
Сверкающий маяк в сердце Млечного Пути: черная дыра в центре галактики, Стрелец А*, в последнее время демонстрирует никогда ранее не наблюдавшиеся рентгеновские всплески. Космический телескоп Chandra был направлен на совершенно другое зрелище, но вместо этого показал нам рекордную вспышку. У астрономов есть несколько объяснений возможной причины этого явления, но точной назвать пока никто не может.
Центр Млечного Пути, как правило, скрыт от нашего взора: плотные газопылевые облака препятствуют наблюдениям в видимой области спектра. Тем не менее, рентгеновские лучи проникают через этот барьер и проливают свет на сердце нашей родной Галактики: за завесой скрывается, скорее всего, черная дыра Стрелец A* (Sgr A *). Ее масса в четыре с половиной миллиона раз больше, чем у Солнца.
Ещё 14 сентября 2013 астрономами команды Дэрила Хаггарда (Daryl Haggard) из Амхерст-колледжа в Массачусетсе была замечена с помощью космического телескопа Чандра рентгеновская вспышка Sgr A*, которая была в 400 раз ярче, чем всплески из этой черной дыры, находившейся в нормальном состоянии. Эта "Мегавспышка" был почти в три раза ярче, чем самая яркая (2012 г.) из ранее зафиксированных. Однако сияющий маяк не закончил "работу": сначала Sgr A* успокоилась, но 20 октября 2014 произошла еще одна вспышка, в 200 раз ярче обычной.
Телескоп Чандра не случайно смотрел в тот момент в нужном направлении. Весной 2014 астрономы ожидали уникального зрелища вблизи Sgr A*. Облако межзвездного газа G2 мчалось "на волосок" от черной дыры, сила притяжения которой должна быть разорвать его, - но шоу не состоялось. "К сожалению, газовое облако G2 при подходе к черной дыре Sgr A* не блистало фейерверком, как мы надеялись", - пояснила Дэрил Хаггард .
Возможны две причины: Вместо этого астрономы наблюдали удивительные рекордную вспышку черной дыры. Газовое облако G2 не имеет, по-видимому, с ними ничего общего: оно подошло Sgr A* весной 2014 года менее, чем на 25 млрд километров, а источник рентгеновского всплеска в сентябре 2013 был примерно в сто раз ближе. Но если причина не G2, то что?
Хаггард и ее команда нашли два возможных ответа:
По первой теории, астероид мог подойти слишком близко к черной дыре и был разорван ее гравитацией. Обломки, прежде чем исчезнуть за горизонтом событий Sgr A*, должны в таком случае очень сильно нагреваться и испускать рентгеновские лучи.
"Если астероид был разорван, он бы, прежде чем свалиться в черную дыру, несколько часов вращался бы вокруг нее, как вода вокруг вокруг открытого стока", - говорит соавтор работы Фред Баганофф (Fred Baganoff) из Массачусетского технологического института. Это соответствует также периоду, когда исследователи наблюдали самую яркую рентгеновскую вспышку.
Согласно второй теории, виновники активности вспышек - силовые линии магнитного поля внутри газа, который окружает Sgr A*. Они могут быть такими плотными, что иногда как бы переплетаются. Когда они снова распутываются и упорядочиваются, то выбрасывают мощные всплески рентгеновского излучения. Магнитные вспышки этого типа можно наблюдать на Солнце, и "мегавспышки" Sgr A* происходят по аналогичной схеме.
Какая теория верна, говорить окончательно слишком рано. Соавтор статьи, Габриеле Понти (Gabriele Ponti) из Института астрофизики Макса Планка в Гархинге, уверена, однако, что измерение рентгеновских всплесков даст важную информацию: "Такие редкие и экстремальные события дают нам уникальную возможность на основе лишь небольшого количества материала понять физику одного из самых странных объектов нашей Галактике".
Возможны две причины: Вместо этого астрономы наблюдали удивительные рекордную вспышку черной дыры. Газовое облако G2 не имеет, по-видимому, с ними ничего общего: оно подошло Sgr A* весной 2014 года менее, чем на 25 млрд километров, а источник рентгеновского всплеска в сентябре 2013 был примерно в сто раз ближе. Но если причина не G2, то что?
Хаггард и ее команда нашли два возможных ответа:
По первой теории, астероид мог подойти слишком близко к черной дыре и был разорван ее гравитацией. Обломки, прежде чем исчезнуть за горизонтом событий Sgr A*, должны в таком случае очень сильно нагреваться и испускать рентгеновские лучи.
"Если астероид был разорван, он бы, прежде чем свалиться в черную дыру, несколько часов вращался бы вокруг нее, как вода вокруг вокруг открытого стока", - говорит соавтор работы Фред Баганофф (Fred Baganoff) из Массачусетского технологического института. Это соответствует также периоду, когда исследователи наблюдали самую яркую рентгеновскую вспышку.
Согласно второй теории, виновники активности вспышек - силовые линии магнитного поля внутри газа, который окружает Sgr A*. Они могут быть такими плотными, что иногда как бы переплетаются. Когда они снова распутываются и упорядочиваются, то выбрасывают мощные всплески рентгеновского излучения. Магнитные вспышки этого типа можно наблюдать на Солнце, и "мегавспышки" Sgr A* происходят по аналогичной схеме.
Какая теория верна, говорить окончательно слишком рано. Соавтор статьи, Габриеле Понти (Gabriele Ponti) из Института астрофизики Макса Планка в Гархинге, уверена, однако, что измерение рентгеновских всплесков даст важную информацию: "Такие редкие и экстремальные события дают нам уникальную возможность на основе лишь небольшого количества материала понять физику одного из самых странных объектов нашей Галактике".