понедельник, 15 января 2018 г.

Астрономы зафиксировали двойную "отрыжку" сверхмассивной черной дыры

Астрономам впервые удалось зафиксировать двойной массивный выброс звездного материала из черной дыры. До сих пор считалось, что сверхмассивные черные дыры втягивают газ из окружающего пространства. Оказалось, однако, что часть поглощенной энергии излучается обратно в виде выбросов газа. Сразу два орбитальных телескопа - "Хаббл" и "Чандра" - зафиксировали подобный выброс из черной дыры, расположенной от нас на расстоянии около 800 млн световых лет. Кроме того, на полученных ими снимках видны остатки подобного события, произошедшего около 100 тысяч лет назад."Черные дыры жадно пожирают всё, что их окружает, но оказывается, у них не очень хорошие манеры", - говорит Джули Комерфорт, астроном из университета штата Колорадо, которая выступила с сообщением на 231-м заседании Американского астрономического общества в Вашингтоне.


"Известно множество примеров таких выбросов газа из черных дыр, но мы обнаружили галактику с супермассивной черной дырой в ее центре, которая дважды за сравнительно короткий срок выбрасывала потоки газа", - сказала она.

Такой выброс состоит из потока заряженных частиц, обладающих большой энергией, в основном в гамма-диапазоне. Сверхмассивные черные дыры присутствуют в центре почти всех крупных галактик.

Гамма-всплеск излучения из галактики SDSS J1354+1327 был зафиксирован телескопом "Чандра", что обратило внимание исследователей на поведение черной дыры в центре этой галактики.


Снимки, полученные с телескопа "Хаббл" в оптическом диапазоне, показали наличие облака сине-зеленого газа, которое окружает этот объект и является результатом более раннего выброса. Электроны в атомах этого газа сорваны всплеском радиации, источник которого расположен поблизости от черной дыры.

Этот выброс газа с момента извержения распространился на расстояние до 30 тысяч световых лет от черной дыры.

Однако астрономы обнаружили признаки нового выброса газа той же черной дырой.

"Этот новый выброс движется подобно очень быстрой ударной волне, - говорит доктор Комерфорд. - Всё это напоминает человека, которые ест слишком жадно и постоянно срыгивает".

По её словам, эта черная дыра проходит через цикл поглощения, выброса и спокойствия, и этот цикл периодически повторяется.

Эти наблюдения имеют большое значение, поскольку они подтверждают теоретические выкладки о возможном поведении черных дыр. Астрономы уже давно высказывали предположения, что газовое облако вокруг сверхмассивной черной дыры должно периодически менять свою яркость - от очень яркого в фазе поглощения и выброса, до очень темного в спокойной фазе.

"Теория предсказывает, что черные дыры должны мерцать - разгораться и тухнуть каждые 100 тысяч лет - что в космических масштабах представляет собой очень короткий цикл", - говорит доктор Комерфорд.

Астрономы полагают, что черная дыра произвела двойной выброс газа из-за того, что она оказалась в необычно плотном газовом облаке в результате столкновения с другой галактикой и поглотила очень много материала.

"Эти две галактики соединены между собой полосой, состоящей из молодых звезд и межзвездного газа. В результате их столкновения газ устремился к сверхмассивной черной дыре и стал тем материалом, который она вначале поглотила, а затем выбросила, нечто вроде двойной отрыжки", - сказала исследовательница.

среда, 10 января 2018 г.

Сверхмассивные черные дыры регулируют звездообразование в карликовых галактиках

Ученые разгадали давнюю космическую загадку, обнаружив свидетельства того, что сверхмассивные черные дыры (СМЧД) препятствуют формированию звезд в небольших галактиках. Эти гигантские черные дыры имеют массу, более чем в миллион раз превышающую массу Солнца, и располагаются в центрах галактик, испуская мощные ветра, которые подавляют процесс звездообразования. Астрономы ранее считали, что СМЧД не оказывают решающего влияния на формирование звезд в карликовых галактиках, однако в новом исследовании, проведенном учеными из Портсмутского университета, Великобритания, показано, что это предположение было неверным. Это исследование имеет особенно большое значение для космической науки, поскольку число карликовых галактик (с числом звезд от 100 миллионов до нескольких миллиардов) во Вселенной намного выше числа крупных галактик, рассказала главный автор нового исследования доктор Саманта Пенни (Samantha Penny).


СМЧД регулируют процесс звездообразования в галактике, нагревая и перемешивая холодный молекулярный газ, который в случае отсутствия такого воздействия со стороны СМЧД конденсировался бы в новые звезды. В предыдущих исследованиях было показано, что описанный выше процесс приводит к подавлению звездообразования в крупных галактиках, однако ученые продолжали считать, что в карликовых галактиках действует другой механизм. Считалось, что взаимодействие карликовых галактик с более крупными галактиками приводит к «вытягиванию» газа из меньших по размерам и массе карликовых галактик.

Однако новые данные, полученные командой доктора Пенни, показали, что старые, красные карликовые галактики продолжали накапливать газ, что, однако, не приводило к формированию новых звезд. Это привело команду к выводу о том, что подавление процесса звездообразования в карликовых галактиках связано с действием центральной СМЧД.

В своей работе команда Пенни использовала данные, полученные при помощи Слоуновского цифрового обзора неба.

понедельник, 25 декабря 2017 г.

Ученые считают, что Вселенная «находится» в черной дыре

В ученом сообществе появилась новая гипотеза, согласно которой наша Вселенная может находиться внутри гигантской черной дыры. Природа сверхмассивных черных дыр до конца не изучена. Именуемые в узких кругах специалистов как область пространства-времени гигантские ЧД породили множество догадок и предположений. Например, некоторые эксперты уверены, что эти объекты не что иное, как «двери» в другие миры. Однако эти рассуждения не возникли на пустом месте. Известно, что плотность сверхмассивных черных дыр очень низкая. Так, черная дыра в центре Млечного Пути по плотности меньше чем вода, а гигантская ЧД в центре галактики NGC 4889 в созвездии Волосы Вероники уступает по плотности воздуху. Низкая плотность черных дыр обусловлена гравитационным радиусом, который у этих объектов прямо пропорционален массе. Это значит, что чем массивней черная дыра, тем больше она похожа на призрака.


Данную закономерность можно наблюдать и при сравнении гравитационного радиуса и плотности Вселенной. Но специалисты отмечают, что один этот вывод не является доказательством того, что мы живем внутри сверхмассивной ЧД.

пятница, 22 декабря 2017 г.

Космический филамент близ центральной черной дыры нашей Галактики

Центр нашей Галактики являлся предметом многочисленных исследований на протяжении многих лет, однако он до сих пор полон сюрпризов для ученых. Недавно таким сюрпризом для астрономов стало обнаружение структуры, напоминающей по виду змейку, близ центральной сверхмассивной черной дыры Галактики. В 2016 г. близ центра Млечного пути был обнаружен необычный изогнутый филамент длиной 2,3 светового года, который располагается рядом с центральной сверхмассивной черной дырой Галактики, называемой Стрелец А. Теперь в новом исследовании команда астрономов во главе с Марком Моррисом (Mark Morris) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, США, используя новый метод, получила снимки этой структуры при помощи радиотелескопа Very Large Array в самом высоком доступном на сегодняшний день пространственном разрешении. Эти новые снимки позволяют более подробно проследить этот филамент почти до самой сверхмассивной черной дыры Стрелец А и показывают, что филамент происходит именно из ее окрестностей.


Согласно команде Морриса существуют три основные версии происхождения этого филамента. По первой из этих версий «змейка» появилась в результате выбрасывания заряженных частиц из окрестностей этой сверхмассивной черной дыры под действием магнитных полей. Вторая версия связана с теорией так называемых космических струн, гипотетических объектов, длинных и экстремально тонких, которые способны переносить массу и электрические заряды. Согласно этой версии обнаруженный филамент представляет собой как раз такую космическую струну. Третья версия предполагает, что сверхмассивная черная дыра Стрелец А и обнаруженная «змейка» вообще никак не связаны между собой. Последняя версия является наименее вероятной из трех, считают исследователи.

Для того чтобы определиться в пользу одной из этих версий, потребуются дополнительные исследования, указывают Моррис и его коллеги.

среда, 20 декабря 2017 г.

Астрономы поймали рентгеновский сигнал от тёмной материи

Загадочная тёмная материя не видна в телескопы никаких диапазонов. Она проявляет себя лишь гравитационным воздействием на обычную материю. Эту печальную истину, похоже, придётся пересмотреть. На радость учёным. В далёком скоплении галактик нечто поглощает и переизлучает рентгеновские лучи определённой энергии. И это нечто не может быть обычным веществом. Такой вывод делается в исследовании, опубликованном научной группой во главе с Джозефом Конлоном (Joseph P. Conlon) из Оксфордского университета. Работа доступна на сайте препринтов arXiv.org. Как сообщает пресс-релиз исследования, Эта детективная история началась началась в 2014 году. Тогда научная группа во главе с Эзрой Булбуль (Esra Bulbul) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже обнаружила странное явление. В рентгеновском излучении скопления галактик, известного как скопление Персея, наблюдалась спектральная линия излучения с энергией 3,5 килоэлектронвольт. Результат был получен с помощью инструментов телескопов XMM-Newton и Chandra. Та же линия обнаружилась в излучении 73 других скоплений галактик, зарегистрированном телескопом XMM-Newton.


Буквально через неделю после публикации этого результата другая группа во главе с Алексеем Боярским (Alexey Boyarsky) из Лейденского университета в Нидерландах сообщила о наблюдении этой же линии в излучении галактики M31 и окраины скопления Персея на том же инструменте XMM-Newton.

Ни один известный астрофизический процесс не приводит к образованию такой линии. Поэтому астрономы предположили, что имеют дело с излучением загадочной тёмной материи.

Многие астрономы пытались повторить эти наблюдения, но загадочная линия то обнаруживалась, то нет. Это заставляло скептиков предположить, что учёные столкнулись с ошибкой в работе инструмента или в обработке данных.

В 2016 году новый японский телескоп Hitomi, специально предназначенный для наблюдения рентгеновских спектральных линий, не смог обнаружить линию 3,5 килоэлектронвольт в излучении скопления Персея. Казалось, что вопрос закрыт окончательно. Но это был лишь очередной поворот сюжета.

Команда Конлона обратила внимание, что изображения, даваемые «Хитоми», гораздо менее чёткие, чем у «Чандры». Поэтому в изображении скопления Персея смешивался сигнал от двух источников: излучение горячего газа, расположенного вокруг массивной галактики в центре кластера, и свет, исходящий из окрестностей сверхмассивной чёрной дыры в центре самой этой галактики.

Более чёткие изображения «Чандры» позволяют различить вклад этих источников. Воспользовавшись этим, авторы смогли отдельно проанализировать вклад чёрной дыры и излучение горячего газа.

Имея на руках ранние наблюдения «Чандры», сделанные ещё в 2009 году, они обнаружили удивительное: спектральная линия 3,5 килоэлектронвольт наблюдалась, но в «X-лучах», испущенных газом, это была линия излучения, а в излучении чёрной дыры — линия поглощения! Как выяснилось, телескоп Hitomi смешал вклад от двух источников, в итоге линии компенсировали друг друга и поэтому не наблюдались. Исследователи проверили это, выполнив соответствующие вычисления.

Но как же получается, что, глядя «прямо в глаза» чёрной дыре, астрономы обнаруживают поглощение квантов с энергией 3,5 килоэлектронвольт, а наблюдая достаточно далёкий от неё газ ловят излучение в виде этих квантов?

Это явление давно известно специалистам, работающим с оптическими телескопами. Представим себе звезду, заслонённую от нас облаком газа. Газ поглощает кванты определённой энергии и тут же вновь излучает их. Но это излучение происходит во всех направлениях: обратно к звезде, перпендикулярно линии «звезда — наблюдатель» (лучу зрения, как говорят специалисты), и так далее. Поэтому, глядя прямо на звезду, мы обнаруживаем линию поглощения, так как часть испущенных звездой квантов с этой энергией до нас не дойдёт.

Теперь гордо отвернёмся от звезды и обратим свой взор на ту часть облака, которая находится «сбоку» от неё. Эти атомы газа тоже поглощают излучение звезды и тоже переизлучают его. Но на сей раз самого света звезды мы не видим, он распространяется под большим углом к лучу зрения. Зато видим ту часть поглощённого света, который газ испустит в нашу сторону (он ведь испускает свет во все стороны равномерно). Поэтому при взгляде на эти «боковые» области газа мы увидим линию излучения!

Всё, казалось бы, замечательно. И окрестность сверхмассивной чёрной дыры действительно излучает кванты с энергией 3,5 килоэлектронвольт, равно как и кванты всех остальных энергий из широкого диапазона. У неё «гладкий» рентгеновский спектр без линий излучения. Но, чтобы воспроизвести только что описанную картину, нам требуется предположить, что в облаке горячего газа вокруг галактики присутствует нечто, что поглощает кванты именно этой энергии, а потом переизлучает их. И, как уже говорилось выше, обычное вещество этого сделать просто не в состоянии!

Значит, всё-таки тёмная материя? Конлон и его коллеги считают именно так. Они даже разработали собственную модель этой загадочной субстанции, воспроизводящую такое поведение. Впрочем, вариант ошибки авторы пока не сбрасывают со счетов. Окончательно прояснить вопрос должны последующие исследования.

К слову, «Вести. Наука» (nauka.vesti.ru) ранее писали о другом явлении, которое может быть следствием «активности» тёмной материи — потоке антиматерии вблизи Земли.

Между тем сами частицы этой субстанции пока не удалось обнаружить. Впрочем, некоторые исследователи видят причину в том, что эти частицы легче, чем ожидается.