Сохраняй посты, комментируй и ставь оценки
- Здесь есть доктор?
- Да
- Какая у тебя специальность?
- Я доктор математических наук.
- Мой друг умирает.
- Минус один.
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.
Недавнее исследование астрономов из Калифорнийского университета в Беркли показало, что самые массивные черные дыры в известной Вселенной остановили свой рост. Наблюдения за 32 квазарами с черными дырами массой более 10 миллиардов солнечных масс показали, что все они достигли этого предела примерно 1,5 миллиарда лет назад.
Ученые предполагают, что существует фундаментальный предел роста черных дыр, связанный с эффективностью аккреции материи или с истощением доступного для поглощения вещества в их галактиках. Это открытие помогает объяснить, почему мы не наблюдаем черные дыры с массами в 100 миллиардов солнечных масс.
Та самая черная дыра, силуэт которой впервые увидел мир, расположена в центре крупной галактики М87 и привлекала к себе пристальное внимание задолго до получения знаменитого изображения: она постоянно бьет в нашу сторону гигантским потоком плазмы, а иногда с ней происходят труднопредсказуемые и не совсем понятные события. Одно из них впервые за много лет удалось зафиксировать во время очередных наблюдений.
Галактика Мессье 87 (М87) в диаметре ненамного больше Млечного Пути, но по массе превосходит его, возможно, раз в двести. В отличие от нашей спиральной галактики, эта — эллиптическая: огромная сфера, полная звезд. Расположена она в 53,5 миллионах световых лет от нас в направлении созвездии Девы и особенно интересна своим крайне активным ядром, то есть сверхмассивной черной дырой, которая интенсивно вбирает в себя окружающее вещество.
Именно эту черную дыру астрономы выбрали как ту, которую первой должно было увидеть и увидело человечество. Изображение ее силуэта составили по данным комплекса телескопов Event Horizon («Горизонт событий») и обнародовали в 2019 году. Черная дыра на нем угадывается только благодаря яркому обрамлению притянутого к ней вещества — аккреционному диску. Он оказался неоднородным, есть более яркие, явно более плотные области. И все это вращается вокруг горизонта событий на огромных скоростях.
По недавним оценкам, масса этой черной дыры составляет 6,5 миллиарда масс Солнца. При этом в размерах она вполне уместилась бы в пределы орбиты Плутона, то есть она меньше Солнечной системы. Напомним, черная дыра в центре Млечного Пути «весит» как четыре миллиона Солнц, а ее диаметр примерно такой, как у орбиты Меркурия.
Черная дыра М87 обрушивает на себя такое количество вещества, что просто не в состоянии справиться с ним, и его излишки вырываются от нее прочь из окрестностей обоих полюсов гигантскими плазменными фонтанами под названием «релятивистские струи». Одна из них направлена почти прямо в сторону Земли — под углом всего примерно 20 градусов. Этот поток тянется на без малого пять тысяч световых лет. Тот, что с противоположной стороны, должен быть таким же.
Недавно международная и очень многочисленная команда астрофизиков поделилась в журнале Astronomy and Astrophysics результатами своих последних наблюдений за ядром М87 в 2018 году и сравнила их с тем, как выглядела эта сверхмассивная черная дыра во время предыдущей сессии — в 2017-м. Выяснилось, во-первых, что за год уплотнения в аккреционном диске (а значит, и весь диск) успели сместиться на 30 градусов. Во-вторых, релятивистская струя понемногу, «монотонно» сдвигается, и это замечают не в первый раз.
В-третьих, впервые с 2010 года в окрестностях центра М87, наконец, снова произошла внезапная мощная вспышка гамма-излучения, которую ранее наблюдали несколько раз, но толком объяснить пока не смогли. На этот раз она оказалась гораздо слабее предыдущих, тем не мене излучение было примерно в четыре раза интенсивнее, чем в «спокойное» время.
Продолжался всплеск примерно три дня. Астрофизики отметили, что он почему-то наблюдался исключительно в гамма-диапазоне. Точное место, откуда шло излучение, определить не удалось. Впрочем, ученые отметили, что область вспышки невелика — всего раз в 10 больше размеров самой черной дыры.
О природе этой гамма-вспышки пока только строят предположения. Есть подозрение, что она связана с магнитным полем черной дыры. Например, по одной из версий, в нем спорадически сталкиваются сильно и слабо намагниченные потоки, отчего возникает ударная волна.
В расчетах и данных наблюдений за черными дырами есть заметный разрыв: обнаруженные астрономами черные дыры значительно массивнее теоретической нижней границы масс подобных тел. И вот ученые нашли систему из пульсара и объекта-компаньона, который как раз попадает в этот «провал масс».
Астрономы ищут системы из массивных объектов — нейтронных звезд, белых карликов и черных дыр, — чтобы протестировать теории гравитации. Лучшее место для поиска таких объектов — шаровые звездные скопления.
Плотность звезд в центре подобных скоплений достаточно высокая, поэтому тела там чаще встречаются и взаимодействуют. В частности, нейтронные звезды подхватывают маломассивные звезды главной последовательности и «высасывают» их материю, накапливая массу. Так появляются маломассивные рентгеновские двойные звезды, одним из объектов которых становится миллисекундный пульсар, быстровращающаяся нейтронная звезда. Именно на таких системах ученые тестируют теории гравитации.
Во время поиска подобных объектов в шаровых звездных скоплениях с помощью радиотелескопа MeerKAT (Южная Африка) астрономы обнаружили в NGC 1851 в созвездии Голубь 13 миллисекундных пульсаров, в том числе в составе трех массивных двойных звезд. Компаньон одной из них — PSR J0514-4002E — заинтересовал ученых своей массой.
Если бы компаньон был звездой главной последовательности, его было бы видно в оптическом диапазоне. Но в наблюдениях «Хаббла» подходящий объект найти не удалось. Получается, он должен быть очень компактным. Проанализировав «тиканье» пульсара и рассчитав его движение, авторы исследования пришли к выводу, что масса компаньона — от 2,09 до 2,71 солнечной массы.
Это больше, чем у крупнейших пульсаров, чью массу удалось точно измерить: PSR J0740+6620 (2,08 солнечной массы) и PSR J0348+0432 (2,01 солнечной массы). И меньше самых маленьких черных дыр (около пяти солнечных масс), обнаруженных в составе двойных систем. То есть этот объект находится в «провале масс» черных дыр — разрыве между данными наблюдений и теоретической минимальной массой черной дыры (2,2 солнечной массы), образовавшейся при коллапсе нейтронной звезды.
По словам ученых, судя по положению в плотном шаровом скоплении, эксцентричности орбиты, быстрому вращению пульсара и большой массе компаньона, система PSR J0514-4002E — продукт «вторичной встречи». Авторы статьи предположили, что пульсар раскрутился, поглотив материю своего первого «соседа», а уже потом встретился с нынешним массивным компаньоном.
Новый компаньон, судя по массе, мог образоваться в слиянии двойной нейтронной звезды или нейтронной звезды и черной дыры. Через анализ гравитационных волн астрономам известно несколько таких событий, и масса компаньона совпадает с оценкой масс участников тех слияний (GW190814, GW191917 и GW200210).
К сожалению, по косвенным данным вроде вращения пульсара и траектории его орбиты (тут не хватает точности измерений) невозможно точно определить, является ли компаньон самой массивной нейтронной звездой из известных или самой маленькой черной дырой из «провала масс».
Если удастся подтвердить, что этот объект состоит из радиопульсара и черной дыры, PSR J0514-4002E станет первой подобной системой за всю историю наблюдений. И это будет праздник для астрофизиков, потому что такая пара позволит по-новому протестировать Общую теорию относительности.
Чтобы получить первое изображение черной дыры, исследователям пришлось объединить данные, полученные от обсерваторий по всему миру. Когда в 2019 году нечеткое, светящееся изображение было наконец обнародовано, все крупные газеты опубликовали его.
Теперь этот сверхмассивный монстр, расположенный в центре галактики Messier 87, раскрыл еще больше своих секретов. Анализ 22-летних наблюдений за ядром галактики М87 подтвердил, что ее черная дыра вращается.
“После успешной визуализации черной дыры в этой галактике с помощью телескопа Event Horizon Telescope вопрос о том, вращается эта черная дыра или нет, стал одним из главных для ученых, – говорит астрофизик и соавтор исследования Казухиро Хада (Kazuhiro Hada) из Национальной астрономической обсерватории Японии. “Теперь ожидание переросло в уверенность. Эта чудовищная черная дыра действительно вращается”.
Используя глобальную сеть из более чем 20 телескопов, исследователи проанализировали 170 наблюдений M87, сделанных в период с 2000 по 2022 год.Они не смогли наблюдать ничего внутри горизонта событий, поскольку гравитационное притяжение черных дыр настолько сильно, что даже свет оказывается в их плену. Однако они смогли проследить за великолепной струей черной дыры, которая простирается на 4 900 световых лет и, кажется, движется почти в пять раз быстрее скорости света благодаря оптической иллюзии, известной как сверхсветовое движение.
Иллюзия сверхсветового движения возникает из-за того, что световые лучи, излучаемые из точки, расположенной на краю вращающегося объекта, могут быть искривлены гравитационным полем этого объекта. В результате эти лучи могут достигать наблюдателя с разных направлений, что создает впечатление, что объект движется быстрее скорости света. В случае с черной дырой, струи, которые она испускает, состоят из ионизированного газа и плазмы. Эти струи движутся со скоростью, близкой к скорости света. Однако из-за вращения черной дыры струи могут искривляться, что создает впечатление, что они движутся быстрее скорости света.
Впервые эта струя была замечена в 1918 г. астрономом Хебером Кертисом, а знаменитый снимок был сделан космическим телескопом Хаббл.
Ученые не вполне уверены в том, как создаются эти мощные струи, но предполагается, что излучение и частицы попадают в воронку вдоль линий магнитного поля черной дыры.
Исследователи обнаружили, что черная дыра в центре M87 медленно изменяет угол наклона своей струи примерно на 10 градусов, а затем возвращается в исходное положение. Этот цикл занимает около 11 лет. На основании такого изменения угла наклона струи исследователи смогли сделать вывод о наличии вращающейся черной дыры.
Вращающиеся черные дыры искривляют пространство-время вокруг себя в процессе, называемом “перетягиванием рамки”, что приводит к опрокидыванию аккреционного диска и струи вбок.
“Поскольку рассогласование между черной дырой и диском относительно невелико, а период прецессии составляет около 11 лет, накопление данных высокого разрешения, отслеживающих структуру M87 в течение двух десятилетий, и их тщательный анализ необходимы для получения этого достижения”, – говорит астрофизик и соавтор исследования Цуй Ючжу.
M87 представляет особый интерес, поскольку удалена от нас всего на 54 млн. световых лет, что гораздо ближе, чем другие галактики.
Кроме того, она уже несколько веков привлекает внимание любителей наблюдений за звездами. Впервые M87 была замечена в 1781 году астрономом Шарлем Мессье, когда он направил свой телескоп на галактику в созвездии Девы. Мессье 87, или M87, теперь носит его имя.
Считается, что большинство черных дыр вращается почти со скоростью света, и некоторые черные дыры уже продемонстрировали это. В 2013 г. было показано, что черная дыра, расположенная в центре галактики NGC 1365 на расстоянии около 60 млн световых лет, вращается со скоростью 84% от скорости света.
Используя схемы импульсов рентгеновского излучения, ученые пришли к выводу, что в 2019 году еще одна черная дыра вращалась со скоростью 50% от скорости света.
Почему черные дыры вращаются так быстро? Когда материя коллапсирует в сингулярность или черную дыру, она становится чрезвычайно плотной и имеет очень малый объем.
Но она сохраняет свой угловой момент. Если бы вещество происходило от вращающейся звезды, то скорость его вращения увеличилась бы при сжатии, подобно тому как фигурист вращается быстрее, когда прижимает руки к корпусу.
Cui, Y., Hada, K., Kawashima, T. et al. Precessing jet nozzle connecting to a spinning black hole in M87. Nature 621, 711–715 (2023).
«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.
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.
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.
Астрофизики Гарвардского и Смитсоновского институтов провели успешные наблюдения с помощью виртуального телескопа размером с планету, достигнув рекордного разрешения с поверхности Земли. Результаты их работы опубликованы в журнале The Astronomical Journal.
В рамках проекта Event Horizon Telescope (EHT) – ученые зафиксировали свет, исходящий из центров галактик на частоте около 345 ГГц, а в сочетании с полученными ранее изображениями сверхмассивных черных дыр на частоте 230 ГГц – это позволило получать не только многоцветные изображения областей вокруг черных дыр и повысить их четкость на 50%, но и точнее измерять размер и форму объектов.
Для получения высококачественных изображений использовалась интерферометрия со сверхдлинной базой (VLBI), позволяющая связать несколько радиотелескопов по всему миру и создать гигантский виртуальный телескоп размером с нашу планету. Новое исследование открывает перспективы для получения информации о взаимодействии гравитационных и магнитных полей, окружающих черные дыры.
Фото: D. Pesce, A. Chael /EHT
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.
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.
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.
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.
Во время поездки на Эльбрус, когда мы ехали уже в горах, экскурсовод рассказал примерно следующую местную легенду:
"Видите вон ту скалу? Говорят, давным-давно в соседних аулах жили чудесный юноша и прекрасная девушка. В первый раз увидев друг друга они решили во чтобы то не стало пожениться, так сильна была их любовь. Но их родители были категорически против их брака, ведь отец невесты был богат, имел большой дом и много баранов, а родители юноши были бедны и еле-еле сводили концы с концами. Но родители юноши происходили хоть и из обедневшего, но древнего и знатного рода, а родители невесты не могли похвастаться знатным происхождением.
И вот, совсем отчаявшись пожениться, юноша и девушка решили свести счеты с жизнью. Вместе они поднялись на гору, нашли крутой обрыв, взялись за руки и, разбежавшись, собрались прыгать. Юноша прыгнул, а девушка, испугавшись смерти, в последнюю секунду бросила его руку и остановилась у самого края.
Юноша упал на дно глубокого ущелья и разбился, а на том месте, куда он упал, выросло растение. Как думаете, как оно называлось?"
"Дикая роза! Лилия! Мак! Барбарис!" - послышались голоса пассажиров автобуса.
…
"Лопух" - громким басом авторитетно заявил водитель.
Сверхтекучий гелий (He II), задействованный в новом эксперименте, часто используют для быстрого охлаждения объектов. Однако авторы исследования нашли новое применение He II — симулирование искривленного пространства-времени под влиянием черной дыры.
Черные дыры — область пространства-времени, в которой гравитация достигает такой силы, что ничто, даже кванты света, не может ее покинуть. Такие области образуются за счет сильного сжатия звезды в стадии ее умирания. В центре Млечного Пути находится черная дыра под названием Стрелец А*, масса которого в четыре миллиона раз больше Солнца.
Поскольку подобные сверхмассивные объекты не излучают свет, астрофизики изучают черные дыры по их взаимодействию с другими космическими объектами. Так, в 2019 году Event Horizon Telescope («Телескоп горизонта событий») удалось сфотографировать силуэт черной дыры M87, то есть раскаленный диск из газа и пыли, который притянула М87. Недавно астрофизики опубликовали исследование в журнале Nature, где описали искривление пространства-времени, созданное гипотетической черной дырой.
Астрофизики создали симуляцию искривления пространства-времени, использовав установку, которая вращала сверхтекучий гелий (He II), для изучения поведения и взаимодействия черных дыр со средой. Сверхтекучесть гелия проявляется при температуре ниже 271 градуса Цельсия. Кинематическая вязкость гелия при такой температуре снижается в 100 раз по сравнению с водой, что дало возможность авторам исследования провести аналогию между гравитацией (взаимодействие без «трения») и He II.
Ученые задействовали экспериментальную установку, пропеллер внутри которой вращал охлажденный He II в экспериментальной зоне. В процессе вращения в сверхтекучем гелии образовывались квантовые вихри (замкнутые контуры потока), имитировавшие гравитационные условия вблизи черной дыры. При увеличении скорости вращения пропеллера образовывалось расширяющееся полое вихревое ядро. Астрофизики исследовали процесс испарения построенного ими экспериментального аналога черной дыры, удерживая вихревое ядро вне экспериментальной зоны и наблюдая при этом за вихревыми потоками.
Также авторы работы заметили, что квантовые вихри создавали в сверхтекучем гелии определенное поле скоростей, — это повлияло на распространение малых волн на поверхности He II. Только некоторые высокочастотные (эквивалентные высокой энергии) волны обладали возможностью распространения по поверхности гелия.
«Ключевые процессы во вращающемся искривленном пространстве-времени, такие как сверхизлучение (явление усиления отраженной от вращающейся черной дыры волны) и „звон“ черных дыр, можно исследовать в нынешней системе с небольшими корректировками скорости пропеллера, геометрии контейнера или путем динамически изменяемых параметров потока», — добавили исследователи.
Новая симуляция предоставит возможность изучать искривления пространства-времени, создаваемое черными дырами, в земных условиях, не привлекая телескопы и другую технику, которые, по описанным выше причинам, часто мало что могут в отношении такого рода объектов.
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.
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.
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.
Сверхмассивная черная дыра в центре Галактики вращается так быстро, что искривленная ткань пространства-времени, которая окружает этого монстра, принимает форму, напоминающую мяч для регби. Это выяснили американские ученые после анализа данных космической рентгеновской обсерватории «Чандра» и группы наземных радиотелескопов «Очень большая антенная решетка».
Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, масса искривляет пространство-время — гибкую четырехмерную «ткань», на которой происходят все события Вселенной. Ученый утверждал, что чем массивнее объект, тем больше он «прогибает» пространство и, соответственно, тем сильнее будет искажение ткани, которое «ощущается» как гравитация.
Искривляют ткань пространства-времени очень массивные объекты, например галактики или черные дыры. Когда это происходит, астрофизики наблюдают необычные свойства.
В таком случае галактики могут действовать как гравитационные линзы, которые своим гравитационным полем изменяют свет объекта, находящегося позади них. То есть луч света, проходя по этой искривленной части пространства, начнет изгибаться. Это помогает ученым «видеть» в космосе дальше, чем они могли бы.
Столкновения черных дыр и нейтронных звезд порождают сильные гравитационные волны — «пульсации» в ткани пространства-времени. Эта рябь достигает Земли, ее можно обнаружить с помощью специальных установок — лазерного интерферометра LIGO — и таким образом узнать больше о катастрофических событиях, которые произошли в триллионах и даже квадриллионах километров от нашей планеты.
В 2020 году ученые обнаружили, что плотные звездные системы могут «тянуть» и «закручивать» ткань пространства-времени. Теперь астрофизики выяснили, что сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути тоже творит странные вещи с пространством-временем.
Астрономы называют эту гигантскую черную дыру Стрелец А* (сокращенно Sgr A*), она находится примерно в 26 тысячах световых лет от Земли, а ее масса составляет от двух до пяти миллионов солнечных масс.
Черные дыры обладают двумя фундаментальными свойствами: массой и вращением (впрочем, последнее иногда теоретически может быть и нулевым). Определение любого из этих двух свойств может многое рассказать исследователям о поведении такого объекта.
Если о массе Стрелец А* более-менее известно, то о ее вращении данных мало. Астрофизики давно пытаются вычислить скорость вращения этой черной дыры. В предыдущих работах ученые утверждали, что Стрелец А* либо вообще не вращается, либо вращается с максимально возможной скоростью.
Группа американских ученых из Университета штата Пенсильвания и Университета штата Мичиган применила новый метод, позволяющий более точно определить, насколько быстро вращается Стрелец А*. Этот метод основан на исследовании того, как материя течет к черной дыре и от нее. Он включает в себя комбинацию данных, полученных от космической рентгеновской обсерватории «Чандра» и группы наземных радиотелескопов «Очень большая антенная решетка», расположенных в штате Нью-Мексико (США).
Выяснилось, что черная дыра в центре Галактики имеет угловую скорость примерно 60 процентов от скорости света. Иными словами, внешние области этой черной дыры движутся относительно ее центра со скоростями, равными 60 процентов от световой.
По мере своего вращения черная дыра притягивает материю и изгибает ткань пространства-времени. Если смотреть на нее сверху вниз, вдоль струй (джетов), которые она выбрасывает, искажение ею пространства-времени выглядит округлым по форме. Однако американские астрофизики узнали, что если посмотреть на вращающуюся черную дыру сбоку, пространство-время, окружающее эту черную дыру, принимает форму, напоминающую мяч для регби. Чем быстрее вращение, тем более плоским будет становиться этот «мяч».
Сверхмассивные черные дыры могут выбрасывать струи вещества. Чтобы они появились, нужно много материи поблизости. Из-за небольшого количества «топлива» вокруг Стрельца А* в последние тысячелетия эта черная дыра была относительно спокойной, а ее джеты — слабыми. Но авторы исследования предупредили, что ситуация может измениться, если количество материала в окрестностях черной дыры увеличится.
«Что тогда произойдет? Мощные джеты способны повлиять на снабжение газом всей галактики и на то, насколько быстро смогут образовываться звезды», — объяснил Меган Донахью (Megan Donahue), один из авторов исследования.
Цветное - это не черная дыра, цветом искусственно раскрашен аккреционный диск, окружающий ее. Черная дыра находится в темной области посередине. Линии здесь являются изолиниями, что означает, что каждый пиксель в линии имеет одинаковое значение, в данном случае значение температуры. Это означает, что вдоль линий температура материала, вращающегося вокруг черной дыры, примерно одинакова.
XX: Я решил сделать операцию. Буду негром!
YY: О_о Не буду спрашивать, зачем, потому что знаю тебя. Спрошу только: откуда деньги?
XX: Да так. откладывал на черный день...
ХХ: На черный день, лол!!!
XX: Ахах, блин, только сейчас доперло!!!
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.
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.
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.
Изучение слияний сверхмассивных черных дыр имеет огромное значение для астрофизики:
Это позволяет проверить общую теорию относительности Эйнштейна в экстремальных условиях.
Помогает понять процессы формирования и эволюции галактик.
Дает ключи к разгадке тайн темной материи и темной энергии.
Открывает новые горизонты в изучении ранней Вселенной.
Родительская галактика, содержащая источник джетов, примерно в 10 раз массивнее Млечного Пути и удалена от нас на 7,5 миллиарда световых лет.
Используя данные наблюдений массива радиотелескопов LOFAR, астрономы выявили два гигантских джета, вырывающихся из черной дыры. Их протяженность оценивается в 26 миллионов световых лет, что равно 140 галактикам размером с Млечный Путь, выстроенным в одну линию. Об открытии сообщается в журнале Nature.
«Млечный путь был бы маленькой точкой на фоне этих двух гигантских потоков, вырывающихся из разных полюсов сверхмассивной черной дыры», – рассказывают авторы открытия.
Мегаструктура, получившая название Порфирион в честь гиганта из греческой мифологии, наблюдается в эпоху, когда Вселенной было 6,3 миллиарда лет, или менее половины ее текущего возраста.
«Эти мощные потоки, суммарная мощность которых эквивалентна триллионам Солнц, оказывали большее влияние на формирование галактик в молодой Вселенной, чем считалось ранее. Порфирион существовал в эпоху, когда тонкие нити, соединяющие и питающие галактики были расположены ближе друг к другу, чем сейчас. Это означает, что огромные струи, подобные Порфириону, охватывали большую часть космической сети и могли затрагивать каждый уголок Вселенной», – отметили авторы открытия.
Существование Порфириона, по мнению астрономов, является доказательством того, что струи, вырывающиеся из сверхмассивных черных дыр, могут избежать разрушения на огромных космологических расстояниях. Однако понимание механики, которая поддерживает стабильность Порфириона, неясна и требует дополнительных исследований.
Комментарии