суббота, 18 марта 2017 г.

Загадки космоса: ученые объяснили происхождение черных дыр

Первые гигантские черные дыры Вселенной начали расти большими темпами благодаря "помощи" соседних с ними галактик. Астрономы, разгадывая загадки космоса, отметили, что излучение галактик мешало звездам сформироваться внутри "зародышей" будущих гигантов. "Коллапс галактики и формирование черной дыры с массой в миллион Солнц происходит в таком случае всего за 100 тысяч лет, мгновение по космическим меркам. Через несколько миллионов лет она вырастает до массы в миллиард Солнц, что заметно быстрее, чем мы ожидали увидеть", — заявил Золтан Хайман (Zoltan Haiman) из университета Колумбии в Нью-Йорке (США).


Считается, что в центре большинства массивных галактик обитают сверхмассивные черные дыры, чья масса может составлять от миллиона до миллиардов масс Солнца. Причины образования этих объектов пока не совсем ясны. Изначально ученые считали, что подобные объекты возникали таким же путем, как их "нормальные" кузены – в результате гравитационного коллапса звезд и последующего слияния нескольких крупных черных дыр.

Наблюдения за первыми галактиками Вселенной заставили астрофизиков усомниться в этом – оказалось, что в них обитают черные дыры с массой в десятки миллиардов Солнц. Подобные объекты, как показывают расчеты, просто не успели бы вырасти до таких размеров, если бы они родились маленькими. Поэтому некоторые ученые начали считать, что сверхмассивные черные дыры рождаются по более экзотическим сценариям – в результате коллапса гигантских облаков из "чистого" атомарного водорода или благодаря наличию в них сгустков темной материи.

Хайман и его коллеги предложили еще один необычный сценарий рождения крупнейших черных дыр Вселенной, ключевую роль в котором играют не их "зародыши", а их космические соседи – другие крупные галактики.

Главным препятствием для роста черных дыр, по словам Хаймана, являются звезды, вернее процесс их образования. Когда черные дыры начинают расти, внутри их "зародыша" возникают сгустки материи, туманности, где рождаются десятки и сотни звезд. Звезды гораздо сильнее сопротивляются притяжению черной дыры, благодаря чему ее рост останавливается фактически сам по себе.


Процесс формирования звезд можно остановить, если в тот момент, когда "зародыш" черной дыры сжимается, молекулы водорода в нем будут расщеплены на отдельные атомы или ионы. Подобную вещь, как предположили Хайман и его коллеги, может осуществить достаточно большая галактика с большим числом молодых звезд, вырабатывающих большое количество рентгена и ультрафиолета.

Ученые проверили эту идею, создав компьютерную модель ранней Вселенной, населенной первыми галактиками и зародышами черных дыр. Как показали их расчеты, крупные галактики действительно могут ускорять рост черных дыр в своих "соседках", если они расположены на определенном расстоянии от них и имеют правильную массу и яркость. Тогда газ в соседних галактиках распадается на атомы, но нагревается не так сильно, чтобы галактика просто распалась на части, не образовав черной дыры.

Все эти расчеты, как подчеркивают ученые, не исключают альтернативных сценариев формирования крупнейших черных дыр Вселенной. Как надеются Хайман и его коллеги, запуск телескопа "Джеймс Уэбб", крупнейшего орбитального телескопа мира, поможет нам увидеть эти ранние галактики и понять, действительно ли они помогали черным дырам.

вторник, 14 марта 2017 г.

Астрономы открыли первую звезду, вращающуюся вокруг черной дыры

Телескоп NuSTAR обнаружил в созвездии Тукана необычный белый карлик, который вращается вокруг черной дыры по крайне тесной орбите, совершая один виток вокруг "точки невозвращения" всего за 30 минут, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS.  "Мы предполагаем, что эта звезда вращается вокруг черной дыры уже десятки миллионов лет, и что она потеряла большую часть своей массы. Со временем, когда она потеряет еще больше массы, она начнет постепенно отдаляться от дыры, и превратится в экзотический холодный объект, похожий на алмазную планету, открытую несколько лет назад", — заявил Джеймс Миллер-Джонс (James Miller-Jones) из университета Кэртина в Перте (Австралия).


Черная дыра – это особая область в пространстве и времени, в которой силы гравитации настолько велики, что их не способны преодолеть даже объекты, которые двигаются со скоростью света, в том числе и сам свет. 

"Обычные" черные дыры, в отличие от их сверхмассивных кузин в центрах далеких галактик, крайне сложно находить и изучать из-за их спокойного нрава. Об их присутствии мы можем узнать только по тому, как они искривляют свет других звезд, а также по вспышкам радиоизлучения, вырабатываемых при поглощении ими сгустков материи. 

Миллер-Джонс и его коллеги случайно открыли пример такой черной дыры, наблюдая за звездой 47 X9 в созвездии Тукана при помощи рентгеновского телескопа NuSTAR и ряда других наземных и космических обсерваторий. Как рассказывают ученые, изначально они считали ее заурядной катаклизмической переменной звездой – парой из белого карлика и обычной звезды, яркость которой периодически вырастает в десятки раз из-за обмена материей между светилами.

Наблюдая за 47 X9, ученые заметили две необычных вещи – она излучала радиоволны, и ее спектр был больше похож на спектр белого карлика, чем на спектр "большой" звезды. И то и другое заставило астрономов предположить, что на самом деле роль "нормальной" звезды играет белый карлик, а роль карлика – еще более компактный и плотный объект. Им оказалась, как показали одновременные наблюдения при помощи радио- и рентгеновских телескопов, небольшая черная дыра массой в несколько Солнц.


Белый карлик, невольный компаньон этой черной дыры, почти касается ее по космическим меркам – дистанция между ними всего в три раза больше, чем расстояние между Луной и Землей (300 тысяч километров). Благодаря этому белый карлик совершает один оборот вокруг черной дыры всего за 28 минут, а его материя постоянно перетекает на черную дыру, подпитывая ее и формируя яркий диск аккреции, где периодически возникают мощные рентгеновские вспышки.

Как черная дыра и белый карлик сблизились, ученые пока не знают – это первый объект такого рода, который был когда-либо открыт астрономами. Как предполагают Миллер-Джонс и его коллеги, он мог возникнуть в результате экзотического столкновения черной дыры с красным гигантом. В результате столкновения внешние оболочки красного гиганта были выброшены в открытый космос, и на его месте осталось горячее ядро, ставшее белым карликом, и черная дыра, вращающаяся вокруг него.

Со временем, благодаря излучению гравитационных волн, карлик и дыра сблизились настолько, что материя звезды начала "перетекать" на черную дыру. Это заставило карлик отдаляться, а не сближаться с черной дырой, что приведет к тому, что обед черной дыры, длившийся десятки миллионов лет, наконец-то завершится. Как надеются ученые, дальнейшие наблюдения за 47 X9 помогут нам понять, откуда взялась эта черная дыра и как часто такие странные пары возникают в космосе.

понедельник, 13 марта 2017 г.

Открыты два новых события приливного разрыва звезды

В двух новых научных работах международная команда астрономов представляет открытия двух новых событий приливного разрыва (tidal disruption events, TDEs). При помощи Паломарской обсерватории, расположенной близ г. Сан-Диего, штат Калифорния, исследователи открыли вспышки излучения, которые в действительности оказались событиями TDE. TDE-события представляют собой астрономические явления, которые происходят при подходе звезды близко к сверхмассивной черной дыре. При этом происходит разрыв светила под действием приливных сил со стороны черной дыры. Осколки разорванной звезды начинают падать на черную дыру, и из её окрестностей начинает вырываться мощное излучение, указывающее на событие TDE.


Эти два TDE были обнаружены в рамках обзора неба intermediate Palomar Transient Factory (iPTF) 29 мая и 29 августа 2016 г. и получили названия соответственно iPTF16axa и iPTF16fnl. Последующие дополнительные наблюдения этих объектов при помощи космической обсерватории НАСА «Свифт» (Swift) и наземных телескопов позволили глубже понять эволюцию этих объектов.

Как обнаружили исследователи, событие iPTF16axa было обнаружено через 49 суток после разрыва звезды. На кривой блеска события не отмечалось признаков цветовой эволюции с течением времени, и цветовая температура оставалась равной примерно 30000 Кельвинов. Кроме того, было обнаружено, что это событие TDE произошло в галактике с центральной черной дырой массой порядка 40 миллионов масс Солнца – одной из самых массивных центральных черных дыр галактик, для которых было засвидетельствовано участие в событии приливного разрыва звезды.

Родительская галактика события TDE iPTF16fnl (называемая Маркариан 950) содержит значительно менее массивную центральную черную дыру – ее масса не превышает двух миллионов масс Солнца. Эта черная дыра является наименее массивной черной дырой, принимающей участие в приливном разрыве, считая все известные TDE, наблюдаемые в оптическом диапазоне. Команда также отмечает, что iPTF16fnl демонстрирует мощное излучение в ультрафиолетовой части спектра, соответствующее температуре 19000 Кельвинов.

«Хаббл» помогает датировать последний крупный «обед» черной дыры Млечного пути

Сверхмассивная черная дыра, расположенная в центре Млечного пути, долгое время проводила «без обеда». Космический телескоп НАСА «Хаббл» позволил обнаружить, что последний крупный «прием пищи» для нашей черной дыры состоялся примерно 6 миллионов лет назад, когда она поглотила крупный сгусток падающего на неё газа. После этой «трапезы» эта гигантская черная дыра разразилась мощным выбросом газа, масса которого составила порядка нескольких миллионов солнечных масс, и который теперь в форме двух пузырей располагается выше и ниже плоскости Галактики.


Эти гигантские структуры, называемые пузырями Ферми, были впервые открыты в 2010 г. при помощи космической гамма-обсерватории НАСА «Ферми». Однако новые наблюдения северного пузыря помогли астрономам определить более точно возраст пузырей и выявить механизм их возникновения.

Выводы, сделанные командой астрономов во главе с Ронгмоном Бордолоем (Rongmon Bordoloi) из Массачусетского технологического института, США, по результатам нового исследования, базируются на наблюдениях, проведенных при помощи инструмента Cosmic Origins Spectrograph (COS) космического телескопа «Хаббл», который позволил проанализировать ультрафиолетовое излучение, идущее от 47 далеких квазаров. Свет, идущий от этих квазаров (как показано на снимке), проходит при движении к Земле сквозь северный пузырь Ферми, что позволяет получить информацию о скорости, составе и температуре газа, заключенного внутри расширяющегося пузыря.

Названо число черных дыр в Млечном Пути

Ученые из Калифорнийского университета в Ирвине (США) оценили число черных дыр в Млечном Пути. В Млечном Пути ученые насчитали несколько миллионов черных дыр, которые примерно в тридцать раз тяжелее Солнца. К своим выводам авторы пришли, использовав наблюдаемое соотношение между массой Галактики и звездной металличностью (содержанием элементов тяжелее гелия). Ученые отмечают, что чем меньше галактика, тем больше в ней доля черных дыр, которые тяжелее Солнца в 50 раз. С другой стороны, доля черных дыр, которые тяжелее светила в десять раз, велика в крупных звездных системах.


Примерно один процент черных дыр представляют собой двойные системы. Именно они, отмечают авторы, представляют интерес для гравитационно-волновой обсерватории LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory), которая 14 сентября 2015 года впервые наблюдала возмущения пространства-времени.