Астрономы нашли новые доказательства того, что длинный след за карликовой галактикой RCP 28 действительно может быть первым подтвержденным открытием убегающей из своей галактики сверхмассивной черной дыры. Оказалось, что головная часть структуры лучше всего описывается не моделями галактик, а сверхзвуковой ударной волной, порождаемой движущейся в окологалактическом пространстве черной дырой, окруженной плотной и горячей комой. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Существование убегающих сверхмассивных черных дыр предсказано теоретически и может происходить в двух случаях: выброса черной дыры из тройной системы черных дыр за счет гравитационных взаимодействий и слияний или же эффекта отдачи черной дыры, рожденной в результате слияния двух черных дыр, за счет излучения гравитационных волн. Оба этих механизма — результат слияния галактик. Если конечная скорость движения черной дыры будет достаточно большой, чтобы преодолеть гравитационные силы со стороны родительской галактики, то она в итоге покинет систему и будет двигаться уже в межгалактическом пространстве.
Однако поиски таких уникальных объектов — весьма сложная задача, и к настоящему моменту существуют лишь несколько кандидатов в них в виде смещенных от центра своих систем активных ядер. Среди них сильнее всего выделяется описанная несколько лет назад длинная структура, названная RBH-1, в которой найдены ударные волны, молодые звезды и потенциальная убегающая сверхмассивная черная дыра из карликовой галактики RCP 28. Однако затем открытие попытались опровергнуть две группы ученых: первая использовала модель видимой с ребра галактики, а вторая — модель разрушенной приливными силами галактики.
Группа астрономов во главе с Питером Ван Доккумом (Pieter van Dokkum), которая первоначально сообщила об обнаружении RBH-1, представила результаты анализа данных наблюдений за этой структурой инструмента NIRSpec телескопа «Джеймс Уэбб», а также повторного анализа данных наблюдений инструмента UVIS телескопа «Хаббл» и инструмента LRIS наземной обсерватории Кека. Ученые признают, что в первой работе они получили лишь косвенные доказательства наличия в RBH-1 убегающей сверхмассивной черной дыры и в текущем исследовании решили это более точно проверить.
В головной зоне RBH-1 наблюдается узкополосное излучение ионизированного газа, которое не наблюдается в его хвосте. Морфология этого газа мало похожа на распределение газа в галактиках, зато напоминает классическую головную ударную волну с тонким турбулентным следом позади нее. Границу этой потенциальной ударной волны можно описать параболой с радиусом кривизны в 1,8 килопарсека, а сама ударная волна простирается примерно на четыре килопарсека позади вершины параболы.
Карта излучения кислорода и водорода в головной зоне RBH-1 (слева) и двумерная модель ударной волны, способная ее описать
Лучше всего кинематику такой структуры объясняет модель сверхзвуковой ударной волны, порождаемой движущейся со скоростью почти 1000 километров в секунду сверхмассивной (более 107 масс Солнца) черной дырой, которая видна под углом почти 30 градусов к плоскости неба. При этом основным источником внешнего давления является не ветер, порождаемый сверхмассивной черной дырой, а ветер от плотной и горячей (более 106 кельвин) комы вокруг нее. Кома пополняется ударно нагретым газом и способна уравновешивать давление набегающего потока межгалактической среды.
Итоговая модель строения головной ударной волны RBH-1, в которой находится черная дыра, окруженная комой
Что же касается длинного следа позади головной ударной волны, в котором наблюдаются очаги звездообразования, то для него применима модель увлеченного за черной дырой холодного газа с общей массой до 3 × 108 масс Солнца. Расчетная масса звезд, которые могли возникнуть из этого газового резервуара, как минимум в несколько раз меньше наблюдаемой звездной массы, что может объясняться особенностями процесса звездообразования или более высокой плотностью окологалактической среды. Интересно, что итоговая модель RBH-1 разрешает не замечать саму черную дыру и обращать внимание лишь на ударную волну, создаваемую ей, так как горячая кома будет препятствовать наблюдению ближайших окрестностей черной дыры.
Согласно стандартным моделям, черные дыры образуются в результате гибели массивных звезд и накапливают материю до предела, известного как предел Эддингтона.
Используя космический телескоп «James Webb», астрономы обнаружили в ранней Вселенной огромную черную дыру, которая «наелась досыта и дремлет». Об открытии сообщается в журнале Nature.
«Подобно медведю, наевшемуся лосося перед зимней спячкой, эта черная дыра переела до такой степени, что больше почти не может поглощать материю», – рассказывают авторы исследования.
Черная дыра уже смогла вырасти до своих размеров спустя всего 800 миллионов лет после Большого взрыва. Масса гравитационного монстра составляет примерно 400 миллионов солнечных, что делает его одним из самых крупных среди себе подобных на данном этапе развития Вселенной.
«Черная дыра настолько огромна, что содержит примерно 40 процентов общей массы галактики, в которой она находится: для сравнения, большинство черных дыр в локальной Вселенной не превышают и 0,1 процента от массы галактики-хозяйки», – отметили авторы исследования.
Однако, несмотря на свои гигантские размеры, эта черная дыра все же потребляет газ, необходимый ей для роста, но с очень низкой скоростью – примерно в 100 раз медленнее теоретического максимального предела, – что делает ее по сути спящей.
Такая сверхмассивная черная дыра, находящаяся на столь раннем этапе развития Вселенной, но при этом не активно растущая, ставит под сомнение текущее представление о формировании и развитии этих объектов.
«Наиболее вероятным сценарием является то, что черные дыры проходят через короткие периоды сверхбыстрого роста, за которыми следуют длительные периоды покоя», – считают авторы исследования.
Согласно стандартным моделям, черные дыры образуются в результате гибели массивных звезд и накапливают материю до предела, известного как предел Эддингтона, когда давление излучения на материю преодолевает гравитационное притяжение.
С помощью ряда компьютерных симуляций ученые попытались выяснить, как эта спящая черная дыра могла вырасти до таких огромных размеров в самом начале существования Вселенной. В результате они пришли выводу, что наиболее вероятный сценарий заключается в способности черных дыр превышать предел Эддингтона в течение коротких периодов, когда они растут очень быстро, а затем наступают длительные периоды бездействия.
Используя космический телескоп «James Webb», астрономы обнаружили сверхмассивную черную дыру, которая поглощает материю с невероятной скоростью – в 40 раз выше предела Эддингтона. Об открытии сообщается в журнале Nature Astronomy.
«Открытие сверхмассивной черной дыры, которая поглощает материю с невероятной скоростью всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва, дает новые ценные сведения о механизмах быстрого роста черных дыр в ранней Вселенной», – рассказывают авторы исследования.
Объект, получивший обозначение LID-568, выделялся интенсивным рентгеновским излучением, зафиксированным космической обсерваторией NASA «Chandra» в рамках обзора галактик COSMOS. Однако в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах он слишком слаб и до прихода «James Webb» был недоступен для детальных исследований.
«Спектрометр NIRSpec позволил нам получить полное представление о сверхмассивной черной дыре и ее окружении. Это привело к неожиданному открытию мощных потоков газа вокруг объекта, скорость и размер которых указывает на то, что значительная часть приращения массы сверхмассивной черной дырой могла произойти в результате одного эпизода быстрой аккреции», – пояснили авторы исследования.
В ходе анализа данных стало ясно, что объект LID-568 поглощает материю со скоростью, в 40 раз превышающей предел Эддингтона. Этот предел связан с максимальной светимостью, которой может достичь черная дыра, а также с тем, насколько быстро она может поглощать вещество, чтобы ее внутренняя гравитационная сила и внешнее давление оставались в равновесии.
«Этот экстремальный случай показывает, что механизм быстрого поглощения, превышающий предел Эддингтона, является одним из возможных объяснений того, почему мы видим эти очень массивные черные дыры в столь раннем возрасте Вселенной», – заключили авторы исследования.
Художественное представление сверхмассивной черной дыры LID-568. Вырывающиеся из ее полюсов потоки ярко светятся в рентгеновском диапазоне. Credit: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani
Группа астрономов обнаружила свидетельства столкновения двух галактик и их массивных черных дыр, когда возраст Вселенной составлял всего 740 млн лет. Эти объекты, вероятно, оказали большое влияние на эволюцию галактик, в которых они находятся.
Однако ученые до сих пор задаются вопросом, как эти объекты выросли и стали такими массивными. Команда обнаружила, что одна из двух черных дыр имеет массу, в 50 млн раз превышающую массу Солнца. Другая черная дыра, скорее всего, аналогична, хотя ее гораздо сложнее измерить, поскольку она окутана плотным газом.
Ученые также отмечают, что слияние двух черных дыр будут создавать гравитационные волны. Подобные события можно будет обнаружить с помощью следующего поколения гравитационно-волновых обсерваторий, таких как предстоящая миссия Laser Interferometer Space Antenna (LISA), которая недавно была одобрена Европейским космическим агентством и станет первой космической обсерваторией, предназначенной для изучения гравитационных волн. Запуск ожидается в середине 30-х годов.
NASA сообщает о важном астрономическом открытии. Используя космический телескоп Хаббл и рентгеновскую обсерваторию Чандра, ученые обнаружили самую близкую подтвержденную пару сверхмассивных черных дыр.
Эти космические гиганты находятся на расстоянии всего 300 световых лет друг от друга в галактике MCG-03-34-64, расположенной примерно в 800 миллионах световых лет от Земли. Черные дыры активно поглощают окружающее вещество, что делает их яркими источниками излучения в оптическом, рентгеновском и радиодиапазонах.
Открытие было сделано случайно. Высокое разрешение Хаббла выявило необычную оптическую структуру в центре галактики, что побудило исследователей провести дополнительные наблюдения в рентгеновском диапазоне.
Эта находка дает уникальную возможность изучить близкий пример двойной системы активных ядер галактик. Такие системы, вероятно, были более распространены в ранней Вселенной, когда слияния галактик происходили чаще.
Ожидается, что через примерно 100 миллионов лет эти черные дыры сольются, создав мощные гравитационные волны.
Для формирования звездам нужны скопления плотного и холодного газа. В молодых галактиках их достаточно для поддержания звездообразования на протяжении долгого времени. Тем не менее во многих галактиках ранней Вселенной этот процесс уже почти остановился. У астрономов были уверенные предположения, почему так происходит. Но лишь сейчас они, наконец, нашли прямое подтверждение своим гипотезам.
Процесс торможения звездообразования — важный аспект эволюции галактик, поэтому ученые так хотят в нем разобраться. Если верить результатам космологических компьютерных моделей, во всем виноваты активные ядра галактик. Эти поглощающие материю сверхмассивные черные дыры теоретически способны своей активностью «выдувать» холодный газ из окружающего их межзвездного пространства.
Дело в том, что когда черная дыра поглощает много вещества, вокруг нее образуется аккреционный диск, в котором материя крутится с огромной скоростью. От трения частиц друг о друга вещество в диске разогревается до огромных температур и начинает излучать, сильно нагревая газ в областях, прилегающих к такому активному центру галактики. От этого излучения межзвездный газ начинает разлетаться.
Благодаря масштабным обзорам галактик астрономы начали находить в них признаки движения газа. Проблема в том, что наблюдали в основном ионизированный, то есть нагретый, газ. Расчеты показали, что такое «выдувание» вряд ли способно перебить звездообразование. Только в случае крайне активных ядер галактик ученые видели связь с торможением рождения новых звезд. Тем временем в молодой Вселенной существует множество галактик с затухшим звездообразованием.
В новой работе, опубликованной в журнале Nature, астрономы описали галактику, в которой обычное активное галактическое ядро выдувает достаточно холодного и горячего газа для торможения формирования звезд. Тем самым они впервые напрямую подтвердили гипотезы и теоретические расчеты.
Наблюдения не только за ионизированным, но и за холодным межзвездным газом стали возможны благодаря космическому телескопу «Джеймс Уэбб». В рамках обзора Blue Jay телескоп провел наблюдения более чем за 150 галактиками ранней Вселенной с красным смещением от 1,7 до 3,5. Значит, свет от этих галактик шел до нас от 9,86 до 11,9 миллиарда лет. Из них 17 объектов оказались «затухшими», в их числе — галактика COSMOS-11142.
Помимо множества линий излучения теплого ионизированного газа, «Джеймс Уэбб» засек три линии поглощения: ионизированного кальция (Ca II K и Ca II H) и натрия (Na I D). Поглощение на этих линиях указывает на присутствие холодного газа. Анализ выявил синее смещение как некоторых линий излучения, так и поглощения, то есть часть газа движется не от нас, а к нам — явный признак «выдувания». Если объединить все данные наблюдений, получится «раздувающийся пузырь», потому движение газа есть и «за», и «перед» центром галактики.
Исходя из соотношения элементов и скорости «раздувания» ионизированного газа, ученые сделали вывод, что причиной этого движения может быть только активное галактическое ядро. «Выдувание» холодного газа идет медленнее, зато объемы поражают. Если в ионизированном газе галактика теряет менее одной солнечной массы в земной год, то холодном газе — 35 солнечных масс в земной год. Получается, в общей массе потерь ионизированный газ составляет лишь малую часть.
Вырисовывается такой сценарий: пик звездообразования в галактике COSMOS-11142 закончился за 300 миллионов лет до того этапа, который мы сейчас наблюдаем. К моменту наблюдений скорость звездообразования в ней упала на два порядка, то есть в сотни раз. Сейчас галактика формирует от одной до 10 солнечных масс в год. Авторы исследования предположили, что COSMOS-11142 находится в середине процесса «торможения».
Главный вывод новой работы состоит в другом. Галактика COSMOS-11142 не попала в обзоры в рентгеновском и радиодиапазоне. Все потому, что они настроены искать самые яркие активные галактические ядра и звездообразующие галактики.
Получается, мощное «выдувание» холодного газа может происходить в большинстве массивных галактик молодой Вселенной, просто существующим рентгеновским и радиоинструментам не хватает чувствительности, чтобы его засечь. К счастью, по оценке Ребекки Девис, одного из автора исследования, раньше астрономы «видели» лишь один процент «выдуваемого» газа, а с помощью «Джеймса Уэбба» теперь можно разглядеть и проанализировать гораздо больше.
Кинематограф и научная фантастика обожают изображать черные дыры как "космические пылесосы", безжалостно втягивающие все вокруг — от космических кораблей до планет и гигантских звезд.
Такие сцены выглядят эффектно и пугающе, но насколько они соответствуют реальности? К счастью, истинная физика черных дыр куда менее апокалиптична, но при этом гораздо интереснее.
Гравитационное поле
Черные дыры подчиняются тем же законам гравитации, что и любые другие объекты в нашей Вселенной. Их притяжение зависит от массы и расстояния — чем дальше вы находитесь, тем слабее их влияние. Никакой магической всепоглощающей силы у них нет.
Допустим, если бы наше Солнце внезапно превратилось в черную дыру, сохранив свою массу, то как бы изменилась организация Солнечной системы? Абсолютно никак! Все объекты продолжали бы вращаться по тем же орбитам, на том же расстоянии. Да, со временем климатические условия на Земле изменились бы в худшую сторону, но упорядоченность Солнечной системы осталась бы неизменной. Черная дыра с солнечной массой оказывает точно такое же гравитационное влияние на окружающее пространство, что и Солнце. Ни больше, ни меньше.
Галактика в безопасности
В центре нашей галактики Млечный Путь находится сверхмассивная черная дыра Стрелец А*, масса которой почти в 4,3 миллиона раз превышает массу Солнца. Звучит устрашающе? Но давайте посмотрим на цифры.
Диаметр Млечного Пути около 100 000 световых лет. Гравитационное влияние центральной черной дыры ощутимо лишь в радиусе нескольких световых лет от нее. Это как песчинка в центре футбольного стадиона — да, она там есть и взаимодействует с близлежащими песчинками, но на трибунах ее влияние уж точно никто не почувствует.
Звезды вблизи центра Галактики действительно вращаются вокруг черной дыры с огромными скоростями, испытывая ее чудовищное влияние. Например, астрономы давно ведут наблюдения за звездой S2, которая в момент максимального сближения со Стрельцом А* проходит на расстоянии около 120 а.е.* от сверхмассивной черной дыры — и ничего, избегает "засасывания"! Звезда продолжает свое уверенное движение по эллиптической орбите, как делала это миллионы или даже миллиарды лет.
*а.е. — астрономическая единица, среднее расстояние от Земли до Солнца, около 150 миллионов километров.
Более того, любая галактика — очень стабильная система, где все элементы удерживаются вместе благодаря темной материи и суммарной массе всех светил, обеспечивающих надежную гравитационную связь. На черную дыру в центре Млечного Пути — сколь бы грозной не выглядела ее масса на фоне Солнца — приходится менее 0,1% от общей массы Галактики. И Млечный Путь в этом плане не является исключением — это среднее значение для галактик в наблюдаемой Вселенной.
Так что спите спокойно — ни одна черная дыра не способна "проглотить" целую галактику. Законы физики надежно защищают нас от космических кошмаров, порожденных научной фантастикой. Черные дыры опасны только вблизи, а в целом же они ведут себя как обычные массивные объекты — притягивают ровно настолько, насколько позволяет их масса.
В самом сердце галактик, среди звездных вихрей и облаков космической пыли, скрываются объекты невообразимой мощи – сверхмассивные черные дыры. Но что происходит, когда два таких космических монстра сближаются и начинают свой последний танец перед слиянием? Давайте погрузимся в захватывающий мир экстремальной астрофизики.
Слияние сверхмассивных черных дыр – это кульминация длительных космических процессов, связанных со столкновением галактик. Гравитационное взаимодействие сближающихся галактик приводит к тому, что их центральные черные дыры начинают неумолимо притягиваться друг к другу, запуская процесс, который может длиться миллиарды лет.
Этапы слияния
Сближение: на первом этапе черные дыры медленно приближаются друг к другу, преодолевая огромные расстояния за миллионы или даже миллиарды лет.
Гравитационный танец: когда расстояние между ними сокращается до нескольких световых лет, черные дыры начинают вращаться друг вокруг друга, формируя двойную систему.
Финальное пике: на последних этапах, когда расстояние между черными дырами сокращается до нескольких радиусов Шварцшильда (граница, за которой даже свет не может покинуть черную дыру), орбитальная скорость достигает значительной доли скорости света. Черные дыры вращаются друг вокруг друга с частотой до нескольких оборотов в секунду, порождая мощные гравитационные волны.
Слияние: в последние мгновения черные дыры сливаются, высвобождая колоссальное количество энергии в виде гравитационных волн.
Одно из самых захватывающих последствий слияния сверхмассивных черных дыр – это генерация мощных гравитационных волн. Эти волны в пространстве-времени распространяются со скоростью света, неся информацию о самом катаклизмическом событии во Вселенной.
В 2015 году детекторы LIGO впервые зарегистрировали* гравитационные волны от слияния черных дыр звездной массы. Однако обнаружение волн от слияния сверхмассивных черных дыр остается одной из главных целей современной астрофизики.
*Это историческое открытие стало триумфальным подтверждением предсказания Эйнштейна, сделанного им в рамках общей теории относительности еще в 1916 году.
Последствия космического слияния
Слияние сверхмассивных черных дыр имеет далеко идущие последствия:
Формирование еще более массивной черной дыры: результатом слияния становится образование черной дыры, масса которой немного меньше, чем сумма масс исходных объектов. Значительная часть энергии (до нескольких процентов от общей массы системы) излучается в виде гравитационных волн в процессе слияния. Точная доля потерянной массы зависит от параметров сливающихся черных дыр, таких как их относительные массы и скорости вращения.
Трансформация галактической среды: процесс слияния сверхмассивных черных дыр кардинально меняет окружающее пространство. Усиленная аккреция вещества приводит к мощным выбросам энергии и материи из активного ядра галактики. Одновременно, гравитационные возмущения перестраивают орбиты звезд и распределение газа. Эти процессы могут иметь противоречивые последствия для звездообразования: в одних регионах, где происходит сжатие газовых облаков, формирование новых звезд ускоряется. В других областях, напротив, звездообразование может подавляться из-за рассеивания газа и/или интенсивного излучения.
Изменение химического состава: выбросы материи из активного ядра галактики обогащают межзвездную среду тяжелыми элементами. Это влияет на химический состав будущих поколений звезд и планетных систем.
Реструктуризация галактики: Слияние сверхмассивных черных дыр может кардинально изменить форму и структуру всей галактики, влияя на распределение видимой и темной материи.
«Икание» в центре далекой галактики, замеченное в 2020 году, объяснили кружением маленькой черной дыры, пробивающей дыры в аккреционном диске. Впервые ученые нашли систему из сверхмассивной и обычной черных дыр.
Иллюстрация пары из сверхмассивной и маленькой черных дыр. Летая вокруг «старшей» сестры, маленькая дыра пробивает аккреционный диск, провоцируя регулярные изменения яркости. Правда, ученые заметили их лишь из-за возросшей яркости диска
Первые подтвержденные гравитационные волны, пойманные обсерваторией LIGO в 2015 году, прилетели от слияния двух черных дыр, как полагают ученые. За прошедшие годы астрономы зарегистрировали гравитационные волны от десятков таких событий. Причем это почти всегда «темные» события, когда черные дыры умеренных масс сливаются без существенного свечения.
Чтобы хорошо наблюдать слияния, нужны иные события — например, с участием крупных черных дыр с хорошо различимым в телескопы аккреционным диском. И вообще, хорошо бы начинать наблюдения за такими событиями заранее, поэтому астрономы ищут подходящие пары космических тел. Одна из самых перспективных комбинаций — компактный объект рядом со сверхмассивной черной дырой. Именно такой объект случайно нашли исследователи.
В 2020 году автоматизированная сеть телескопов ASAS-SN, ежедневно сканирующая небо на предмет сверхновых и других кратковременных событий, поймала вспышку. Галактика в 800 миллионах световых лет от нас стала в тысячу раз ярче. Заметив оповещение о событии, Дхирадж Пашам (Dheeraj Pasham), астрофизик из Массачусетского технологического института (США), направил на галактику рентгеновский телескоп NASA NICER, установленный на МКС. На протяжении примерно четырех месяцев телескоп регулярно делал снимки объекта. Также в сборе данных участвовали другие обсерватории.
Проанализировав собранные данные и проведя статистический анализ, группа ученых под руководством Пашама пришла к выводу, что из аккреционного диска сверхмассивной черной дыры с периодичностью в 8,5 дня вылетает материя, заглушая ненадолго излучение. Чем-то это было похоже на перепады излучения звезды, рядом с которой летает планета.
Почему же астрономы раньше не замечали этого «икания»? Потому что аккреционный диск был довольно тусклым. Видимо, какая-то звезда слишком близко подлетела к сверхмассивной черной дыре, и ее разорвало на части. Это событие приливного разрушения спровоцировало всплеск яркости диска, что и засекли телескопы. Изучая всплеск, ученые заметили периодичность.
Авторы исследования рассмотрели разные гипотезы возникновения «мигания», используя в том числе двумерное компьютерное моделирование: особенности аккреционного диска, разрушение звезды по частям, поток обломков от разрушенной звезды и другие. Так исследователи пришли к выводу, что виноват компактный объект, под большим наклоном вращающийся вокруг сверхмассивной черной дыры. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
Схематичная модель того, что происходило с галактикой: до вспышки в декабре 2020 года, во время вспышки, после вспышки
Это должен быть объект массой от 100 до 10 тысяч солнечных масс, то есть черная дыра средней массы. Хотя такую пару обнаружили впервые, по оценке авторов новой работы, в пределах 800 миллионов световых лет от нас, среди 2,5 миллиона галактик, в год может происходить до пяти (от 0,07 до 5,3, если точнее) событий приливного разрушения как раз в таких галактиках — с парой из сверхмассивной и обычной черных дыр. Это, конечно, мало, но при продолжительном наблюдении за активными ядрами галактик вполне вероятно уловить «икание» при поглощении очередной звезды и по его периодичности «увидеть» компактного, но массивного компаньона.
Получается, аккреционные диски сверхмассивных черных дыр не такие уж «гладкие». В них могут летать черные дыры и, вероятно, звезды.
«Это совершенно иной зверь. Он совсем не укладывается в наши представления о таких системах. Мы видим доказательства того, что объекты могут влетать и пролетать диск насквозь, под разными углами, и это не совпадает с принятой картиной простого газового диска вокруг черной дыры. Мы думаем, существует немало подобных систем», — объяснил важность открытия Пашам.
Радиогалактика 0402 + 379 образовалась в результате слияния скопления галактик. Две сверхмассивные черные дыры в ее центре «танцуют» вокруг друг друга уже несколько миллиардов лет. Чтобы понять, что может подтолкнуть их к сближению, ученые изучили их движение и массу.
Две сверхмассивные черные дыры в представлении художника
В центре почти каждой массивной галактики теоретически находится сверхмассивная черная дыра. В 2004 году ученые обнаружили в центре радиогалактики B2 0402 + 379, расположенной в 723 миллионах световых годах от нас (красное смещение 0,055), два объекта. Они сразу выдвинули предположение, что это двойная черная дыра. Через несколько лет предположение подтвердилось, астрономам даже удалось засечь движение двух дыр вокруг друг друга. Теперь удалось измерить их массу.
Радиогалактиками называют те галактики, у которых радиоизлучение намного сильнее, чем у остальных галактик. Объект 0402 + 379 действительно очень яркий. Это массивная эллиптическая галактика, окруженная ярким рентгеновским гало. По количеству и суммарной массе звезд эта одинокая галактика сопоставима с целым скоплением.
Такие объекты астрономы называют «скоплениями-окаменелостями» (fossil clusters), считая, что они образовались в результате слияния галактик одного скопления. Что касается сверхмассивных черных дыр в центре, их слияние хоть и предсказано теоретически, все же маловероятно и еще ни разу не встречалось астрономам в ходе наблюдений. Слияние черных дыр звездной массы ученые наблюдали впервые в 2015 году — как раз по первому в истории пойманному сигналу гравитационных волн GW150914.
Пара сверхмассивных черных дыр в центре 0402 + 379 — самая компактная из тех, что удалось измерить напрямую. Между объектами всего 24 световых года. Как показали исследования, они выдерживают эту дистанцию уже более трех миллиардов лет. Чтобы понять почему, авторы нового исследования исследовали динамику звезд в центре этой галактики. Результаты их работы опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.
Сопоставив и проанализировав данные наблюдений обсерваторий WIYN и «Джемини», ученые оценили массу пары сверхмассивных черных дыр в 28 миллиардов солнечных масс. Для сравнения: массу черной дыры в центре Млечного Пути оценивают в 4,3 миллиона солнечных масс. Получается, пара в центре 0402 + 379 в 6,5 тысячи раз массивнее. Это делает пару рекордсменом в современной Вселенной, то есть Вселенной на расстоянии до миллиарда световых лет от нас, где минимальны эффекты космической эволюции.
Несмотря на такую большую массу, эта пара вписывается в ряд сверхмассивных черных дыр в центре подобных эллиптических галактик по всем параметрам и с сохранением их корреляции, вроде корреляции радиуса ядра с массой черной дыры (или дыр, как в этом случае).
Отметим, что сверхмассивная черная дыра в сверхгигантской эллиптической галактике Holm 15A, теоретически, еще больше — около 170 миллиардов солнечных масс, согласно одной из работ, — но напрямую ее массу пока не удалось измерить. Поэтому пока 0402 + 379 можно считать рекордсменом.
Слияние двух сверхмассивных черных дыр. На третьем этапе, этапе формирования двойной в качестве примера приведена как раз пара в центре 0402 + 379
Почему же не слились эти дыры? Видимо, не хватает массы, «танец» пары «очистил» центральную область галактики от звезд. В этом плане астрономам как раз повезло.
«Кажется, что галактикам и с менее массивными парами черных дыр хватает звезд и массы, чтобы быстро сблизить пару. Тут пара настолько массивная, что потребовалось бы немало звезд и газа, чтобы выполнить эту работу. Но двойная очистила центральную область галактики от подходящего вещества, что и позволило нам ее изучить»,— объяснил профессор Роджер Романи из Стэнфордского университета, один из авторов новой работы.
Вещество в окрестностях центра, будь то звезды или газ, смогло бы замедлить пару и спровоцировать сближение. Нельзя оценить, смогут ли они замедлиться самостоятельно даже за миллиарды лет, отчасти потому, что нам неизвестно, сколько точно газа осталось в центре. Кстати, как отметили авторы исследования, в таких наблюдениях может помочь «Джеймс Уэбб». Новое слияние с другой галактикой и третья сверхмассивная черная дыра могли бы изменить ситуацию, но такое слияние маловероятно: «скопление-окаменелость» одиноко. Остается лишь наблюдать.
В 2019 году далекая тусклая галактика SDSS1335+0728 неожиданно быстро нарастила яркость. В центре галактик бывают вспышки яркости, когда какая-нибудь неудачливая звезда подлетает слишком близко к черной дыре. Обычно эти события длятся десятки дней. Тут же галактика остается яркой спустя несколько лет. Видимо, астрономы впервые поймали возникновение активного галактического ядра.
Сверхмассивные черные дыры в центре различных галактик большую часть своей массы накапливают за счет активного поглощения окружающей материи. Считается, что этот период быстрого роста у каждой дыры длится от десятков тысяч до десятков миллионов лет. Активность объекта при этом непостоянна. Судя по размерам сверхмассивных черных дыр, большинство известных нам галактик уже прошли этот этап. Но у черных дыр средней массы все еще может быть впереди.
Средними считают черные дыры размером от десятков до сотен тысяч солнечных масс, малыми сверхмассивными — от сотен тысяч до миллионов солнечных масс. По расчетам, они вырастают из «зародышей» массой от сотен солнечных масс до десятков тысяч. Если мы полагаем, что в будущем небольшие черные дыры станут такими же огромными, как сверхмассивные, значит, в какой-то момент они неизбежно войдут в период активности.
Ученые ищут галактики со средними дырами в надежде поймать момент начала роста. В феврале 2024 года астрономы сообщили об открытии молодого активного галактического ядра в ранее спокойной галактике. Исследование вышло в журнале Astronomy & Astrophysics.
К сожалению, на момент обнаружения объекта с «пробуждения» прошло несколько лет. Теперь же ученым повезло.
В конце 2019 года непримечательная галактика SDSS1335+0728 неожиданно начала светиться гораздо ярче, чем раньше. Чтобы понять причину, астрономы организовали дополнительные наблюдения. Пика яркости объект достиг к марту 2020-го. С тех пор яркость падает уже более 1550 дней. Сейчас объект ярко светится в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах волн. В феврале 2024 года галактика начала излучать рентгеновские лучи.
Есть несколько возможных причин вспышки центра галактики: событие приливного разрушения, смена состояния активного галактического ядра, просто необычное поведение активного ядра и другие. Даже появление сверхновой в центральной области галактики может выглядеть как вспышка центра галактики.
Сопоставив новые данные с архивными наблюдениями с космических и наземных телескопов, исследователи пришли к выводу, что им все же удалось поймать заветный момент «активации» черной дыры в центре галактики. Они не могут исключить гипотезу, что это было событие приливного разрушения. Впрочем, если это действительно была подлетевшая слишком близко звезда, ее разрушение вышло крайне аномальным. Слишком уж тусклая получилась вспышка, и слишком долго затухает ее яркость.
Изменения яркости галактики SDSS1335+0728 по данным обзора «Цвикки» с 2018 по 2024 год
Свет галактики SDSS1335+0728 летел к нам приблизительно 340 миллионов лет (красное смещение 0,024). Она расположена в направлении созвездия Девы. Ее масса — около шести миллиардов солнечных масс. Масса черной дыры в центре — примерно пара миллионов солнечных масс, то есть она считается малой сверхмассивной черной дырой.
По словам соавтора исследования Клаудио Ричи из Университета Диего Порталеса (Чили), «подобная [активация ] может произойти и с нашим Стрельцом А*, массивной черной дырой в центре нашей Галактики». Правда, неизвестно, насколько вероятно такое событие.
Авторы новой работы, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics, все же уверены, что наконец поймали «активацию» галактического ядра. Но, чтобы исключить другие гипотезы, нужно продолжать наблюдать за объектом. Упомянутое выше молодое активное ядро, описанное в феврале 2024 года, может послужить ориентиром того, какими должны стать параметры SDSS1335+0728 через несколько лет.
«Какими бы ни были причины вариативности, эта галактика — источник ценной информации о росте и эволюции черных дыр», — прокомментировала открытие Паула Санчез Саез (Paula Sánchez Sáez), астроном Европейской южной обсерватории и главный автор новой научной работы.
Команда ученых из Массачусетского технологического института (MIT) смогла вычислить скорость вращения сверхмассивной черной дыры, находящейся в галактике на расстоянии примерно в миллиард световых лет от нас. Впервые это удалось сделать с помощью колебаний аккреционного диска черной дыры.
Исследование началось еще в 2020 году, когда сразу несколько телескопов смогли зафиксировать вспышку в центре удаленной галактики, получившую название AT2020ocn. Наблюдения показали, что вспышка случилась из-за приливного разрушения звезды черной дырой. Разорванная звезда некоторое время поглощалась черной дырой, а материал из нее сформировал разогретый аккреционный диск.
А поскольку звезда может попасть в зону разрушения с любого направления, диск также смещается при вращении черной дыры. Это может вызывать колебания или прецессию вращения. Поскольку колебания и скорость вращения связаны, авторы исследования предположили, что по первому можно определить второе.
Главной задачей в этом деле является оперативная организация наблюдений, потому что фиксировать прецессию нужно практически сразу после момента приливного разрушения звезды, чтобы наблюдать динамику на разных временных масштабах: от минут до месяцев и лет. Вспышка AT2020ocn подошла для наблюдений, потому что своевременно попала в поле зрение телескопов.
Исследователи смогли уловить прецессию аккреционного диска до того, как он успокоился. Они обнаружили, что в рентгеновском диапазоне интенсивность излучения колеблется с периодом в 15 дней, что и связали с колебаниями диска. Также была измерена масса черной дыры – она составляет примерно 2,5 миллиона солнечных. И после этого удалось оценить скорость вращения – она равна примерно 25 процентам от скорости света.
Считается, что это не так много для черной дыры. Но само по себе это одно значение ничего не значит. С учетом растущих возможностей для наблюдений астрономы рассчитывают улавливать и другие приливные разрушения рядом с другими черными дырами, чтобы собрать статистику и выявить распределение скоростей вращения черных дыр, что позволит приблизиться к пониманию еще одной их характеристики.
Когда астрономы из Техасского университета в Остине приглядывались к далеким системам, они заметили в данных телескопа нечто пугающее. Жуткий красный «глаз» смотрел на них с той стороны. Эта «клякса» оказалась галактикой AzTECC71, которая образовалась примерно через 900 миллионов лет после Большого взрыва.
Как говорит Джед Маккини научный сотрудник Техасского университета в Остине: "Несмотря на то, что она выглядит как маленькая капля, на самом деле она формирует сотни новых звезд каждый год и тот факт, что даже что-то настолько экстремальное едва видно на самых чувствительных изображениях нашего новейшего телескопа, меня очень волнует. Это потенциально говорит, как от нас пряталась целая популяция галактик."
Это
открытие может изменить представление ученых о ранней Вселенной,
поскольку ранее они считали, что массивные звездные питомники были
редкостью, но AzTECC71 дает основания полагать, что они могут быть раз в
десять более распространенными.
Обнаружение
AzTECC71 важно еще и тем, что обычно запечатлеть пылевые галактики
довольно сложно, поскольку большую часть света их звезд поглощает завеса
пыли, либо он переизлучается в более длинных волнах.
Также «Джеймс Уэбб», который не так давно снял галактику Водоворот,
открыл астрономам глаза на то, что их понимание истории эволюции
галактик было предвзятым, потому что они видели только незатененные и
менее пыльные галактики.
Сначала
призрачный объект появился как светящаяся капля на снимках наземных
телескопов. Затем оказалось, что его совсем не видно на изображениях
телескопа Хаббл. Теперь же он снова появился как слабая, но отчетливо
видная галактика на изображении, полученном космической обсерваторией
Джеймс Уэбб.
Астрономы коллаборации COSMOS-Web идентифицировали
объект AzTECC71 как пыльную звездообразующую галактику. Другими словами,
это галактика, которая занята формированием множества новых звезд, но
окутана пыльной завесой, сквозь которую трудно увидеть. Когда-то
считалось, что подобные объекты чрезвычайно редки в ранней Вселенной, но
это открытие, а также более дюжины дополнительных кандидатов,
обнаруженных в первой половине данных COSMOS-Web, которые еще не описаны
в научной литературе, позволяют предположить, что они могут встречаться
в 3—10 раз чаще, чем ожидалось.
Фантазия художника на тему кликбейтного заголовка
Пыльную
звездообразующую галактику трудно увидеть обычной оптикой, потому что
большая часть света ее звезд поглощается завесой пыли, а затем повторно
излучается в более красных длинах волн. До введения в эксплуатацию
Джеймса Уэбба астрономы иногда называли их "темными галактиками Хаббла",
имея в виду самый чувствительный на тот момент космический телескоп.
"До
сих пор единственный способ увидеть галактики в ранней Вселенной — это
оптическая перспектива с помощью Хаббла, — сказал МакКинни. — Это
означает, что наше понимание истории эволюции этих объектов является
искаженным, потому что мы видим только незатененные, менее пыльные из
них".
Эта галактика, AzTECC71, была впервые обнаружена как
нечеткая капля пыли с помощью камеры телескопа Джеймса Клерка Максвелла
на Гавайях, которая видит в длинах волн между дальним инфракрасным и
микроволновым диапазоном. Затем команда COSMOS-Web выявила объект в
данных, собранных другими учеными с помощью телескопа ALMA в Чили,
который имеет более высокое пространственное разрешение и может видеть в
инфракрасном диапазоне. Это позволило им сузить местоположение
источника. Когда они просмотрели данные Джеймса Уэбба в инфракрасном
диапазоне на длине волны 4,44 микрона, они обнаружили едва различимую
галактику точно в том же месте. В более коротких длинах волн света, ниже
2,7 микрон, она была невидима.
Сейчас команда работает над обнаружением большего количества этих едва заметных космических объектов.
"С
помощью Уэбба мы впервые можем изучать оптические и инфракрасные
свойства этой скрытой популяции галактик, сильно замаскированной пылью, —
говорит МакКинни. — Телескоп настолько чувствителен, что может не
только смотреть в самые дальние уголки вселенной, но и проникнуть сквозь
толстую пылевую завесу".
По оценкам команды, галактика
наблюдается с красным смещением около 6, что соответствует примерно 900
миллионам лет после Большого взрыва.
Проект
COSMOS-Web — крупнейшая первоначальная исследовательская инициатива,
работающая с Уэббом, возглавляемая Кейтлин Кейси, доцентом
Калифорнийского университета в Остине. Задача организации — изучить
фрагмент неба размером с три полных луны, нанести на карту до 1 миллиона
галактик. Частично цель состоит и в том, чтобы понять самые ранние
структуры Вселенной. Команда из более чем 50 исследователей получила 250
часов наблюдения в первый год работы космического телескопа и собрала
первый массив данных в декабре 2022 года. Новый набор наблюдений
поступит до января 2024 года.
Новый кадр, сделанный телескопом Джеймса Уэбба в среднем инфракрасном спектре, раскрывает удивительные детали этой галактики. Вместо привычного для видимого света яркого ядра мы наблюдаем небольшой диск, в центре которого скрывается сверхмассивная черная дыра.
Также в галактике Сомбреро насчитывается порядка 2000 шаровых скоплений, где сотни тысяч звезд удерживаются гравитацией. Подобные системы служат астрономам в качестве лабораторий для изучения эволюции звезд.
Галактика Сомбреро или M104 находится на расстоянии около 30 миллионов световых лет от Земли в созвездии Девы.
Обнаруженная в окрестностях NGC 3324 компактная группа из семи фоновых галактик
Астрономы подвели итоги пробного поиска галактик в зоне избегания Млечного Пути в данных наблюдений телескопа «Джеймс Уэбб». На снимке туманности NGC 3324 ученые отыскали 102 галактики, в том числе даже за самыми непрозрачными участками молекулярного облака. Препринт доступен на сайте arXiv.org.
Зоной избегания (Zone of avoidance) в астрономии называют пространство вблизи плоскости диска Млечного Пути, которое охватывает примерно 10-20 процентов небесной сферы при наблюдениях в оптическом диапазоне. В этой области неба высока концентрация звезд и облаков межзвездной пыли и газа, что делает попытки наблюдений внегалактических объектов в ней крайне сложными. Из-за этого ученые сталкиваются с трудностями при составлении трехмерной карты распределения материи во Вселенной, которая требует полноценного покрытия небесной сферы наблюдениями. Для уменьшения этой проблемы используются мультиволновые наблюдения, особенно в инфракрасном и радиодиапазонах.
Группа астрономов во главе с Хосе Луисом Нило Кастельоном (José Luis Nilo Castellón) из Университета Ла Серены опубликовала результаты пробного поиска внегалактических объектов на изображениях участков МлечногоПути, полученных камерой NIRCam «Джеймса Уэбба». Ученые сосредоточились на снимках эмиссионной туманности NGC 3324 — северо-западного участка туманности Киля, где идут активные процессы звездообразования.
Исследователи искали среди звезд переднего плана на снимках протяженные внегалактические источники излучения при помощи кода, использованного ранее для поисков галактик в зоне избегания в данных инфракрасных обзоров неба VVV и VVVX. При этом учитывались возможные ложные срабатывания из-за дифракционных пиков от ярких звезд, неоднородности излучения от туманности или близости фронтов ионизации.
Распределение обнаруженных «Джеймсом Уэббом» фоновых галактик в ходе наблюдений за NGC 3324. Черная линия обозначает границу области сильного поглощения излучения, связанной с молекулярным облаком
Итоговая выборка, прошедшая ряд проверок, состоит из 102 галактик, обнаруженных на участке неба с площадью в 31 квадратную угловую минуту. Среди них выделяются восемь наиболее ярких систем: четыре спиральных галактики разных типов, две дисковые галактики, линзовидная галактика, видимая с ребра, и симметричная эллиптическая галактика. В восточной части исследованной области нашлась компактная группа из семи галактик на предполагаемом красном смещении 0,3–0,4, для которой в дальнейшем необходимо подтвердить или опровергнуть связанность гравитацией в единую систему.
Инфракрасное изображение NGC 3324 и восемь самых ярких фоновых галактик, найденных в поле снимка
Ученым также удалось найти линзовидную и спиральную галактики за самыми плотными областями молекулярного облака, связанного с NGC 3324, что ранее было труднодостижимо даже для обзоров неба в ближнем инфракрасном диапазоне. Эти системы получили обозначение транснебулярных галактик и наряду с другими обнаруженными галактиками подтверждают большой потенциал использования наблюдений «Джеймса Уэбба» для поисков галактик в зоне избегания.
Зона избегания также представляет собой область поисков галактик-спутников Млечного Пути, которых не хватает для соответствия предсказаниям стандартной космологической модели.
В свое время астрономы любили направлять телескоп Hubble на с виду пустые участки неба и находить на них тысячи никому не известных галактик. Теперь эстафету перенял James Webb. Его нацелили на одну из ранее изученных Hubble областей и после 100 часов наблюдений получили вот такое фото. На нем запечатлено порядка 2500 небесных тел, подавляющее большинство из которых — галактики, некоторые из которых находятся на краю наблюдаемой Вселенной.
Изображения AC-2168, полученные на разных длинах волн в инфракрасном и миллиметровом диапазонах
В ранней Вселенной обнаружена сильно запыленная и активно рождающая звезды галактика, которая в дальнейшем может породить массивную спокойную галактику. AC-2168 не попадает в области повышенной плотности галактик, что делает случай ее обнаружения большой удачей. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Популяция далеких пыльных звездообразующих галактик впервые обнаружена относительно недавно в ходе глубоких обзоров неба в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах волн. Эти системы крайне слабо видны в ультрафиолетовом и оптическом диапазонах волн. Большая удаленность в сочетании с высокими темпами звездообразования (на уровне сотен или тысячи масс Солнца в год) делает эти системы потенциально важным элементом для объяснения наблюдаемых в ранней и молодой Вселенной необычно массивных галактик, которые либо продолжают активно наращивать звездные массы, либо уже успели потушить звездообразование.
Группа астрономов во главе с Лунджи Бингом (Longji Bing) из Университета Сассекса сообщила об обнаружении очень темной и далекой галактики AC-2168. Она найдена в ходе анализа данных миллиметрового обзора неба A3COSMOS, проводившегося радиотелескопом ALMA, и обзора этой же части неба камерой NIRCam «Джеймса Уэбба» в рамках инфракрасного обзора COSMOS-Web и подтверждена дополнительными наблюдениями телескопов NOEMA и ALMA.
Спектроскопическое красное смещение AC-2168 составило 6,631, что означает, что она существовала, когда возраст Вселенной составлял менее 900 миллионов лет. Галактика заметна в миллиметровом диапазоне и очень тускла в инфракрасном, что отличает ее от других пыльных звездообразующих галактик с большими красными смещениями. Система характеризуется большой звездной массой (около 3,7 × 1010 масс Солнца) и умеренным темпом рождения звезд (240 масс Солнца в год). Галактика сильно запылена, наблюдаемый резервуар пыли в ней относительно компактен (около килопарсека) и содержит теплую (около 60 кельвин) пыль. Общие запасы газа составляют около 4 × 1010 масс Солнца, а сама AC-2168 не попадает в зоны пиковой плотности галактик в поле зрения обзоров.
Наблюдаемые свойства делают AC-2168 менее активной в плане звездообразования, чем в случае очень ярких пыльных звездообразующих галактик из широкоугольных обзоров неба. Однако при этом она все равно хорошо вписывается в модель системы, переживающей фазу активного и скрытого пылью набора звездной массы. Предполагается, что AC-2168 может выступать прародителем массивных и спокойных в плане звездообразования галактик на красных смещениях более 4, которые проходили через стадии быстрого и интенсивного наращивания звезд.
Недавно также выяснилось, что активному звездообразованию в компактных галактиках ранней Вселенной могли способствовать сверхмассивные черные дыры. Правда, они же потом его и гасили.
На проектирование и строительство космического телескопа "Джеймса Уэбб" ушли десятилетия, но эти титанические усилия уже приносят свои плоды. Не прошло и года с начала работы космического телескопа, а "Уэбб" уже прислал десятки потрясающих космических снимков, а также множество научных данных, которые помогли ученым продвинуться в понимании Вселенной. Телескоп будет работать в космосе 20 лет.
Скопление галактик SMACS 0723 или более известное название - "Первое глубокое поле Уэбба".
Одной из первых задач, которую НАСА выполнило с помощью телескопа "Уэбб", было воссоздание одной из самых знаковых фотографий "Хаббла" за всю историю наблюдений. Глубокое поле Уэбба (Deep Field) — это самое глубокое инфракрасное изображение Вселенной из когда-либо созданных, позволяющее увидеть тысячи галактик на участке неба размером с рисовое зернышко, которое держат на расстоянии вытянутой руки. Некоторым из галактик на этом изображении 13,1 миллиарда лет, они запечатлены в том виде, в каком они появились, когда Вселенная только-только остыла настолько, чтобы началось звездообразование.
Юпитер
Знаете ли вы, что у Юпитера есть кольца? Они не такие заметные, как у Сатурна, но мощная гравитация Юпитера притянула достаточно материала, чтобы у него появилось несколько своих колец. Большинство телескопов не могут разглядеть блеклые кольца планеты, но Уэбб может. Летом 2022 года ученые сфотографировали Юпитер с помощью "Уэбба" и запечатлели кольца, а также светящиеся полярные сияния на обоих полюсах.
Нептун
Говоря о кольцах, у Нептуна они тоже есть, но их еще труднее обнаружить. "Уэбб" работает в ближнем инфракрасном диапазоне от 0,6 до 5 микрон с помощью своей камеры NIRCam, поэтому планета не выглядит темно-синей, как на большинстве фотографий, но кольца видны очень четко. Ни один космический зонд не посещал Нептун со времен "Вояджера-2" в конце 1980-х годов. Таким образом, впервые за 30 лет удалось увидеть едва различимые кольца Нептуна.
Сатурн
Сатурн — последний газовый гигант нашей Солнечной системы на который обратил свое внимание телескоп "Уэбб". НАСА все еще работает над обработкой результатов наблюдений, но уже опубликовало предварительный снимок планеты, окруженной кольцами. На этом изображении Сатурн виден через фильтр NIRCam F323N (3,23 микрона). НАСА обработало это монохромное изображение и придало ему темно-оранжевый оттенок. Сатурн темнее колец, потому что метан в его атмосфере поглощает большую часть падающего на него света.
Экзопланета HIP 65426 b
Наблюдение за планетами с помощью "Уэбба" не ограничивается нашей Солнечной системой. "Уэбб" сделал свое первое изображение экзопланеты в 2022 году, когда он наблюдал за звездой HIP 65426. Там "Уэбб" обнаружил экзопланету HIP 65426 b. Экзопланета примерно в девять раз больше Юпитера, а ее орбита проходит в три раза дальше от звезды, чем Нептун от Солнца. Это помогло ученым разглядеть планету в "дымке" звезды, но все равно это впечатляющий подвиг для "Уэбба".
M74 или «Призрачная галактика»
Примерно в 32 миллионах световых лет от нас находится галактика, известная как M74 или «Призрачная галактика». На данный момент она движется в космосе под таким углом, что мы можем наблюдать сверху всю красу ее спиральной структуры. Этот звездный вихрь очень похож на нашу собственную галактику Млечный Путь, диаметр которой составляет 100 000 световых лет, а количество звезд оценивается в 100 миллиардов. Инструмент Mid-InfraRed Instrument (MIRI) "Уэбба" позволил ученым заглянуть сквозь пыль и газ, чтобы увидеть призрачную структуру галактики. "Уэббу" даже удалось сфотографировать ядерное звездное скопление в центре галактики.
Столпы творения
Разумеется, команда телескопа Уэбба не теряла времени даром и направило все свое внимание к, пожалуй, самому известному объекту Хаббла - Столпам творения. Эти структуры, самая большая из которых имеет высоту пять световых лет, являются частью туманности Орла, активной области звездообразования, расположенной на расстоянии около 6000 световых лет. Огромные столбы газа усеяны светящимися точками света от недавно образовавшихся звезд. Прибор NIRCam, установленный на "Уэббе", позволил увидеть гораздо больше звезд, чем это ранее сделал Хаббл, а также жуткое красное свечение в тех областях, где яркие молодые звезды приводят в движение атомы водорода.
Столпы творения, увиденные с помощью прибора MIRI.
"Уэбб" не видит Вселенную так, как мы, — он работает за пределами видимого спектра в инфракрасном диапазоне и может отображать один и тот же объект в разных спектрах, чтобы собрать больше данных. На предыдущем изображении Столбы показаны в ближнем инфракрасном диапазоне, но "Уэбб" также сделал снимок в среднем инфракрасном диапазоне с помощью своего прибора MIRI. Более темные области указывают на более плотный и холодный газ. Звезды не так ярко светятся в среднем инфракрасном диапазоне, поэтому большинство горячих молодых звезд не видны. Тем не менее, мы видим несколько голубых и белых звезд, сияющих сквозь него.
Квинтет Стефана
Это скопление из пяти галактик, открытое в 1877 году, было первой известной компактной группой галактик. Четыре из этих галактик находятся в тесной физической связи, и астрономы считают, что однажды они сольются. Один из объектов, NGC 7318, уже дает нам первые данные о слиянии галактик. Этот объект на самом деле представляет собой две галактики в процессе слияния. Изображение было получено с помощью прибора "Уэбба" MIRI, который показывает контуры пыли внутри галактик.
Протозвезда L1527
В конце 2022 года исследователи опубликовали изображение молодой протозвезды, известной как L1527. На изображении, полученном прибором "Уэбба" NIRCam, видно космическое облако в форме песочных часов, простирающееся от звезды посередине. По мере своего роста турбулентная протозвезда периодически выбрасывает материал, и светящаяся форма песочных часов показывает очертания полостей, созданных этими вспышками. Синие области — это места, где пыль тоньше, а оранжевые — более толстые слои. Вы также можете увидеть протопланетный диск в виде темной полосы прямо посередине звезды.
Звезда Вольфа-Райе WR 124
Звезды Вольфа-Райе представляют большой интерес для астрономов,
которые считают, что они могут быть ключом к пониманию того, почему во
Вселенной так много пыли. Эти звезды живут недолго, но проводят свою
короткую жизнь, извергая туманность из пыли и газа. Туманность вокруг WR
124 известна как M1–67, и "инфракрасные глаза Уэбба" (NIRCam и MIRI)
выявили невиданные ранее детали облаков.
Кольцо Эйнштейна
Телескоп "Уэбб" может видеть объекты на невероятном расстоянии, но иногда ему требуется небольшая помощь. Гравитационное линзирование может увеличивать удаленные объекты, иногда искажая свет, создавая так называемые кольца Эйнштейна. Это то, что Уэбб заметил в начале этого года — галактику, находящуюся на расстоянии 12 миллиардов световых лет от нас, линзированная галактикой, находящейся на расстоянии всего 3 миллиардов световых лет от нас. Более далекая галактика выглядит как кольцо вокруг более близкой из-за эффекта линзирования. В результате "Уэбб" смог проанализировать спектры фоновой галактики и найти доказательства существования органических материалов.
Столкновение космического аппарата с астероидом.
В октябре 2022 года "Уэбб" обратил внимание на интересную цель.
Именно тогда НАСА провело испытание DART (испытание на двойное
перенаправление астероидов), в ходе которого космический аппарат
врезался в меньший из двух самоорбитальных астероидов. "Уэбб" запечатлел
момент удара, как и телескоп Хаббл. Изображения "Уэбба" показывают
плотную светящуюся точку с расширяющимся наружу выбросом. Данные
наблюдения предоставили больше данных, чем "Хаббл".
Обнаружение углерода в туманности Ориона
Туманность Ориона находится на расстоянии 1300 световых лет от нас, но это одна из самых ярких туманностей на ночном небе — ее можно увидеть даже невооруженным глазом. Однако "Уэбб" видит гораздо больше нас. У одной из молодых звезд Ориона был обнаружен протопланетный диск, и ученые обнаружили интересный сюрприз в спектрах звезды. Именно вокруг этой звезды "Уэбб" обнаружил следы метилового катиона (CH3+), жизненно важной молекулы углерода, которая объединяется, образуя более сложную органику.
Галактика Колесо Телеги
В начале своей работы "Уэбб" взглянул на один самых популярных
объектов среди астрономов - галактику "Колесо телеги". В далеком прошлом
эта галактика пережила столкновение с другой галактикой, оставив ей
характерную колесообразную форму. "Уэбб" обнаружил более плавное
расположение старых звезд в ядре по сравнению с молодыми звездами в
расширяющемся кольце галактики.
Самые древние галактики
Мы уже обсудили "Первое глубокое поле Уэбба", но на этом изображении
скрываются некоторые особенные объекты, которые заслуживают внимания.
Две из множества галактик, видимых на этом кадре, привлекли внимание
исследователей из Гарвард-Смитсоновского центра. Было обнаружено, что
галактики (выше) имеют экстремальные красные смещения 10,5 и 12,5, что
означает, что они выглядят такими, какими они были всего через 450
миллионов и 350 миллионов лет после Большого взрыва. Это делает их
одними из самых далеких и, следовательно, самых старых галактик,
когда-либо виденных.
Туманность Южное кольцо
Южное кольцо — это планетарная туманность, облака пыли и газа,
образующиеся в результате вздутия и выброса массы стареющей звезды. Эти
плотные туманности могут существовать десятки тысяч лет, поскольку
звезды достигают конца своей жизни, и Южное кольцо является особенно
ярким примером с его многослойной формой. "Уэбб" наблюдал за этим
объектом в прошлом году, впервые обнаружив источник туманности. Это
затемнение двух звезд на правом изображении выше, которое было получено с
помощью прибора "Уэбба" MIRI. Другое изображение получено от NIRCam с
более короткой длиной волны, которая не может обнаружить вторую звезду.
"Хаббл" тоже не смог разглядеть звезду сквозь всю эту пыль, но "Уэбб"
без проблем заснял ее.
Туманность Киля
Среди первых изображений "Уэбба", опубликованных агентством НАСА,
было это поразительное видение туманности Киля. На изображениях показана
область звездообразования под названием NGC 3324 в туманности Киля.
Пустая область над клубящимися облаками возникает из-за интенсивного
ультрафиолетового излучения скопления горячих молодых звезд в центре
пузыря.
Галактика Бенгальский огонь
Вы думали, что мы закончили изучать "Первое глубокое поле Уэбба"? Ещё
нет, потому что там сотни необычных галактик. Там скрывается еще один
удивительный объект, который астрономы назвали «Бенгальский огонь». Как и
все на изображении, Бенгальский огонь выглядит таким, каким он был в
далеком прошлом. Эта галактика молодая и не очень большая, но она усеяна
шаровыми скоплениями, имеющими много общего со скоплениями, все еще
присутствующими в Млечном Пути. Ученые предполагают, что Бенгальский
огонь может быть очень похож на Млечный Путь в зачаточном состоянии.
Туманность Хамелеон I
"Уэбб" часто наблюдает за вихревыми потоками новообразованных звезд,
взорвавшихся солнечных систем и других жарких мест, но он также
заглядывал в глубины туманности Хамелеон I, которая отличается самой
низкой температурой в известной Вселенной. Хотя Хамелеон I,
расположенная примерно в 500 световых годах от Земли, является областью
звездообразования, там есть небольшая часть туманности, которая
изолирована от активной области. Там температуры, измеренные "Уэббом",
составляют невероятные -263 градуса Цельсия. Это всего лишь 10 градусов
по Цельсию от абсолютного нуля.
Водяной шлейф спутника Энцелад
Спутник Сатурна Энцелад представляет большой интерес для планетологов
благодаря выдающимся шлейфам воды, которые извергаются с его
поверхности. Это явное свидетельство наличия подповерхностного океана
сделало Энцелад возможной целью будущих космических миссий. "Уэбб"
недавно сфотографировал Энцелад, и хотя он не смог рассмотреть детали
самого крошечного спутника Сатурна, ему удалось увидеть шлейф воды,
извергающийся с его поверхности на расстоянии 9650 км.
Облака и поверхность Титана
Энцелад слишком мал, чтобы его можно было подробно изучить, но "Уэбб" без труда разглядел поверхность самого большого спутника Сатурна. Титан — единственный известный спутник с плотной атмосферой — там много азота со следами метана и водорода. На поверхности также есть озера углеводородов, и "Уэбб" смог обнаружить некоторые из них. На изображении выше показан спутник с несколькими различными параметрами фильтра. На левом изображении использован F212N (2,21 мкм), а на правом с особенностями поверхности спутника использовали комбинацию синего=F140M (1,40 мкм), зеленого=F150W (1,50 мкм), красного=F200W (1,99 мкм) и яркости=F210M (2,09 мкм).
Пояс астероидов Фомальгаут
"Уэбб" настолько мощный, что впервые видит особенности других
солнечных систем. Например, недавно телескоп впервые обнаружил пояс
инопланетных астероидов. Он находится в системе Фомальгаут, примерно в
25 световых годах от нас. Это близко по астрономическим меркам, и это
довольно мощный пояс астероидов. Наш главный пояс астероидов имеет
толщину около 1 а.е. (расстояние между Землей и Солнцем), но толщина
пояса Фомальгаута составляет ошеломляющие 80 а.е. Тем не менее, "Уэбб"
первый, кто это видит. Другие мощные телескопы, такие как ALMA и Hubble,
могут видеть только очертания диска.
Туманность Тарантул
В прошлом году "Уэбб" заметил космического паука. Туманность, которую НАСА охарактеризовало как «космического тарантула». Туманность Тарантул находится на расстоянии 161 000 световых лет в галактике-спутнике Млечного Пути, известной как Большое Магелланово Облако. Внешне она похожа на тарантула с многочисленной паутиной. Голубые звезды в центре образовали пузырь своим интенсивным ультрафиолетовым излучением и солнечным ветром, но тонкий «шелк» по краям представляет собой плотные столбы, способные противостоять силе звездного скопления.
Комментарии