четверг, 22 ноября 2018 г.

Удивительная черная дыра

Ближайший к Земле квазар, находящийся в 600 миллионах световых лет от нас в галактике под названием Маркарян 231, расположен вокруг двух вращающихся чёрных дыр. Это открытие может изменить наше представление о квазарах, пишет Popular Science. Собранные телескопом Хаббл данные помогли обнаружить таинственное отверстие в аккреционном диске квазара — кольце газа, вращающегося вокруг чёрной дыры. Изучив этот феномен, учёные пришли к выводу, что эта система должна состоять из двух чёрных дыр: большой по центру и вращающейся вокруг неё маленькой. Большая из двух чёрных дыр имеет массу, эквивалентную 150 миллионам Солнц, а масса его маленького компаньона — «всего» 4 миллиона Солнц. Через несколько сотен тысяч лет чёрные дыры столкнутся, что, по оценкам учёных, может привести к концу нашей вселенной (ладно, расслабьтесь, это была шутка). Работающая над моделью команда учёных из США и Китая считает, что двойное «сердце» квазара сформировалось при столкновении двух галактик. Такое столкновение, кажется, хорошо влияет на звёздообразование: в галактике Маркарян 231 новые звёзды зажигаются в 100 раз чаще, чем в нашем Млечном Пути.

Мы очень взволнованы этим открытием, поскольку это первая открытая система с двойной чёрной дырой. Наше исследование открывает дорогу новым систематическим поискам подобных систем, — сказал один из авторов исследования Юджун Лю.

пятница, 9 ноября 2018 г.

Astronomers unveil growing black holes in colliding galaxies

Peering through thick walls of gas and dust surrounding the messy cores of merging galaxies, astronomers are getting their best view yet of close pairs of supermassive black holes as they march toward coalescence into mega black holes. A team of researchers led by Michael Koss of Eureka Scientific Inc., in Kirkland, Washington, performed the largest survey of the cores of nearby galaxies in near-infrared light, using high-resolution images taken by NASA's Hubble Space Telescope and the W. M. Keck Observatory in Hawaii. The Hubble observations represent over 20 years' worth of snapshots from its vast archive. "Seeing the pairs of merging galaxy nuclei associated with these huge black holes so close together was pretty amazing," Koss said. "In our study, we see two galaxy nuclei right when the images were taken. You can't argue with it; it's a very 'clean' result, which doesn't rely on interpretation." The images also provide a close-up preview of a phenomenon that must have been more common in the early universe, when galaxy mergers were more frequent. When galaxies collide, their monster black holes can unleash powerful energy in the form of gravitational waves, the kind of ripples in space-time that were just recently detected by ground-breaking experiments. The new study also offers a preview of what will likely happen in our own cosmic backyard, in several billion years, when our Milky Way combines with the neighboring Andromeda galaxy and their respective central black holes smash together.

"Computer simulations of galaxy smashups show us that black holes grow fastest during the final stages of mergers, near the time when the black holes interact, and that's what we have found in our survey," said study team member Laura Blecha of the University of Florida, in Gainesville.

"The fact that black holes grow faster and faster as mergers progress tells us galaxy encounters are really important for our understanding of how these objects got to be so monstrously big."

A galaxy merger is a slow process lasting more than a billion years as two galaxies, under the inexorable pull of gravity, dance toward each other before finally joining together. Simulations reveal that galaxies kick up plenty of gas and dust as they undergo this slow-motion train wreck.

The ejected material often forms a thick curtain around the centers of the coalescing galaxies, shielding them from view in visible light. Some of the material also falls onto the black holes at the cores of the merging galaxies.

The black holes grow at a fast clip as they engorge themselves with their cosmic food, and, being messy eaters, they cause the infalling gas to blaze brightly. This speedy growth occurs during the last 10 million to 20 million years of the union. The Hubble and Keck Observatory images captured close-up views of this final stage, when the bulked-up black holes are only about 3,000 light-years apart - a near-embrace in cosmic terms.

It's not easy to find galaxy nuclei so close together. Most prior observations of colliding galaxies have caught the coalescing black holes at earlier stages when they were about 10 times farther away. The late stage of the merger process is so elusive because the interacting galaxies are encased in dense dust and gas and require high-resolution observations in infrared light that can see through the clouds and pinpoint the locations of the two merging nuclei.

The team first searched for visually obscured, active black holes by sifting through 10 years' worth of X-ray data from the Burst Alert Telescope (BAT) aboard NASA's Neil Gehrels Swift Telescope, a high-energy space observatory.

"Gas falling onto the black holes emits X-rays, and the brightness of the X-rays tells you how quickly the black hole is growing," Koss explained. "I didn't know if we would find hidden mergers, but we suspected, based on computer simulations, that they would be in heavily shrouded galaxies.Therefore we tried to peer through the dust with the sharpest images possible, in hopes of finding coalescing black holes."

The researchers combed through the Hubble archive, identifying those merging galaxies they spotted in the X-ray data. They then used the Keck Observatory's super-sharp, near-infrared vision to observe a larger sample of the X-ray-producing black holes not found in the Hubble archive.

"People had conducted studies to look for these close interacting black holes before, but what really enabled this particular study were the X-rays that can break through the cocoon of dust," Koss said. "We also looked a bit farther in the universe so that we could survey a larger volume of space, giving us a greater chance of finding more luminous, rapidly growing black holes."

The team targeted galaxies with an average distance of 330 million light-years from Earth. Many of the galaxies are similar in size to the Milky Way and Andromeda galaxies. The team analyzed 96 galaxies from the Keck Observatory and 385 galaxies from the Hubble archive found in 38 different Hubble observation programs. The sample galaxies are representative of what astronomers would find by conducting an all-sky survey.

To verify their results, Koss's team compared the survey galaxies with 176 other galaxies from the Hubble archive that lack actively growing black holes. The comparison confirmed that the luminous cores found in the researchers' census of dusty interacting galaxies are indeed a signature of rapidly growing black-hole pairs headed for a collision.

When the two supermassive black holes in each of these systems finally come together in millions of years, their encounters will produce strong gravitational waves. Gravitational waves produced by the collision of two stellar-mass black holes have already been detected by the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).

Observatories such as the planned NASA/ESA space-based Laser Interferometer Space Antenna (LISA) will be able to detect the lower-frequency gravitational waves from supermassive black-hole mergers, which are a million times more massive than those detected by LIGO.

Future infrared telescopes, such as NASA's planned James Webb Space Telescope and a new generation of giant ground-based telescopes, will provide an even better probe of dusty galaxy collisions by measuring the masses, growth rate, and dynamics of close black-hole pairs.

The Webb telescope may also be able to look in mid-infrared light to uncover more galaxy interactions so encased in thick gas and dust that even near-infrared light cannot penetrate them.

The team's results will appear online in the Nov. 7, 2018, issue of the journal Nature.

среда, 7 ноября 2018 г.

В космосе заметили гигантский фонтан

«Фонтан» находится в центре галактики. Астрономы впервые обнаружили сверхмассивную черную дыру, которая формирует замкнутый цикл из выбрасываемого и падающего обратно холодного молекулярного газа. «Фонтан» находится в центре галактики, которая входит в состав галактического скопления Abell 2597, удаленного на миллиард световых лет от Земли. Молекулярный газ притягивается гравитацией черной дыры, образуя аккреционный диск. Часть этого материала направляется к полюсам и выбрасывается в виде струй (джетов) плазмы, скорость которых сравнима со скоростью света. Эти джеты простираются на 30 тысяч световых лет. Однако затем этот материал падает обратно в нитевидную туманность, которая питает аккреционный диск и достигает ста тысяч световых лет в диаметре, занимая весь центр галактики. Горячие струи охлаждаются, газ конденсируется и образует облака из молекул монооксида углерода (угарного газа). Эти облака устремляются к сверхмассивной черной дыре, и цикл начинается заново.

понедельник, 29 октября 2018 г.

Astronomers spot signs of supermassive black hole mergers

New research, published Wednesday, 24 October, in the journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, has found evidence for a large number of double supermassive black holes, likely precursors of gigantic black hole merging events. This confirms the current understanding of cosmological evolution - that galaxies and their associated black holes merge over time, forming bigger and bigger galaxies and black holes. Astronomers from the University of Hertfordshire, together with an international team of scientists, have looked at radio maps of powerful jet sources and found signs that would usually be present when looking at black holes that are closely orbiting each other. Before black holes merge they form a binary black hole, where the two black holes orbit around each other. Gravitational wave telescopes have been able to evidence the merging of smaller black holes since 2015, by measuring the strong bursts of gravitational waves that are emitted when binary black holes merge, but current technology cannot be used to demonstrate the presence of supermassive binary black holes. Supermassive black holes emit powerful jets. When supermassive binary black holes orbit it causes the jet emanating from the nucleus of a galaxy to periodically change its direction. 

Astronomers from the University of Hertfordshire studied the direction that these jets are emitted in, and variances in these directions; they compared the direction of the jets with the one of the radio lobes (that store all the particles that ever went through the jet channels) to demonstrate that this method can be used to indicate the presence of supermassive binary black holes.

Dr. Martin Krause, lead author and senior lecturer in Astronomy at the University of Hertfordshire, said: "We have studied the jets in different conditions for a long time with computer simulations. In this first systematic comparison to high-resolution radio maps of the most powerful radio sources, we were astonished to find signatures that were compatible with jet precession in three quarters of the sources."

The fact that the most powerful jets are associated with binary black holes could have important consequences for the formation of stars in galaxies; stars form from cold gas, jets heat this gas and thus suppress the formation of stars. A jet that always heads in the same direction only heats a limited amount of gas in its vicinity.

However, jets from binary black holes change direction continuously. Therefore, they can heat much more gas, suppressing the formation of stars much more efficiently, and thus contributing towards keeping the number of stars in galaxies within the observed limits.

воскресенье, 14 октября 2018 г.

Сделан первый качественный снимок кольца у черной дыры

Астрономам впервые удалось получить качественный снимок газопылевой структуры, окружающей активную сверхмассивную черную дыру в центре галактики. Известно, что сверхмассивные черные дыры, находящиеся в центре галактик, "поглощают" все, что приближается к ним достаточно близко, однако возможность наблюдать такие явления в Млечном Пути предоставляется достаточно редко. Теперь же, однако, с помощью радиотелескопа ALMA астрономы смогли заснять очень активную черную дыру в центре спиральной галактики M77, находящейся в 47 млн световых лет от Земли. В центре M77 находится активное галактическое ядро; это означает, что газ и материя постоянно поглощаются центральной черной дырой и излучается интенсивный свет. Такие активные области Вселенной могут помочь ученым понять, как ведут себя галактики и сверхмассивные черные дыры, находящиеся в их центре. Новое открытие было сделано научной группой из Японии; исследователи при помощи радиотелескопа ALMA смогли заснять активное ядро M77. Об исследовании кратко сообщает портал New Atlas.

Специалисты обнаружили небольшую газопылевую структуру, окружающую черную дыру; радиус этого облака, вращающегося вокруг черной дыры, составлял 20 световых лет. Существование данных структур предполагалось на протяжении десятилетий, однако, как отмечают исследователи, впервые качественный снимок такой структуры удалось получить лишь сейчас.

Радиотелескоп ALMA позволяет делать снимки в очень высоком разрешении; при этом, как подчеркивают исследователи, важно было регистрировать микроволновое излучение от молекул цианистого водорода (HCN) и формил-ионов (HCO+). Отмечается, что данные молекулы "светятся" в микроволновом диапазоне лишь при достаточной плотности и, таким образом, позволяют сказать о плотности данного газопылевого облака.

Кроме того, исследователи заметили, что обнаруженная структура вращается несколько хаотично и движение газа не всегда регулируется гравитацией черной дыры. По предположению ученых, это может быть связано с тем, что в прошлом M77 столкнулась с другим объектом, возможно, с небольшой галактикой.

четверг, 4 октября 2018 г.

New simulation sheds light on spiraling supermassive black holes

A new model is bringing scientists a step closer to understanding the kinds of light signals produced when two supermassive black holes, which are millions to billions of times the mass of the Sun, spiral toward a collision. For the first time, a new computer simulation that fully incorporates the physical effects of Einstein's general theory of relativity shows that gas in such systems will glow predominantly in ultraviolet and X-ray light. Just about every galaxy the size of our own Milky Way or larger contains a monster black hole at its center. Observations show galaxy mergers occur frequently in the universe, but so far no one has seen a merger of these giant black holes. "We know galaxies with central supermassive black holes combine all the time in the universe, yet we only see a small fraction of galaxies with two of them near their centers," said Scott Noble, an astrophysicist at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "The pairs we do see aren't emitting strong gravitational-wave signals because they're too far away from each other. Our goal is to identify - with light alone - even closer pairs from which gravitational-wave signals may be detected in the future." Scientists have detected merging stellar-mass black holes - which range from around three to several dozen solar masses - using the National Science Foundation's Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).

Gravitational waves are space-time ripples traveling at the speed of light. They are created when massive orbiting objects like black holes and neutron stars spiral together and merge.
Supermassive mergers will be much more difficult to find than their stellar-mass cousins. One reason ground-based observatories can't detect gravitational waves from these events is because Earth itself is too noisy, shaking from seismic vibrations and gravitational changes from atmospheric disturbances. The detectors must be in space, like the Laser Interferometer Space Antenna (LISA) led by ESA (the European Space Agency) and planned for launch in the 2030s.

Observatories monitoring sets of rapidly spinning, superdense stars called pulsars may detect gravitational waves from monster mergers. Like lighthouses, pulsars emit regularly timed beams of light that flash in and out of view as they rotate. Gravitational waves could cause slight changes in the timing of those flashes, but so far studies haven't yielded any detections.

But supermassive binaries nearing collision may have one thing stellar-mass binaries lack - a gas-rich environment. Scientists suspect the supernova explosion that creates a stellar black hole also blows away most of the surrounding gas. The black hole consumes what little remains so quickly there isn't much left to glow when the merger happens.

Supermassive binaries, on the other hand, result from galaxy mergers. Each supersized black hole brings along an entourage of gas and dust clouds, stars and planets. Scientists think a galaxy collision propels much of this material toward the central black holes, which consume it on a time scale similar to that needed for the binary to merge. As the black holes near, magnetic and gravitational forces heat the remaining gas, producing light astronomers should be able to see.

"It's very important to proceed on two tracks," said co-author Manuela Campanelli, director of the Center for Computational Relativity and Gravitation at the Rochester Institute of Technology in New York, who initiated this project nine years ago.

"Modeling these events requires sophisticated computational tools that include all the physical effects produced by two supermassive black holes orbiting each other at a fraction of the speed of light. Knowing what light signals to expect from these events will help modern observations identify them. Modeling and observations will then feed into each other, helping us better understand what is happening at the hearts of most galaxies."

The new simulation shows three orbits of a pair of supermassive black holes only 40 orbits from merging. The models reveal the light emitted at this stage of the process may be dominated by UV light with some high-energy X-rays, similar to what's seen in any galaxy with a well-fed supermassive black hole.

Three regions of light-emitting gas glow as the black holes merge, all connected by streams of hot gas: a large ring encircling the entire system, called the circumbinary disk, and two smaller ones around each black hole, called mini disks. All these objects emit predominantly UV light. When gas flows into a mini disk at a high rate, the disk's UV light interacts with each black hole's corona, a region of high-energy subatomic particles above and below the disk. This interaction produces X-rays. When the accretion rate is lower, UV light dims relative to the X-rays.

Based on the simulation, the researchers expect X-rays emitted by a near-merger will be brighter and more variable than X-rays seen from single supermassive black holes. The pace of the changes links to both the orbital speed of gas located at the inner edge of the circumbinary disk as well as that of the merging black holes.

"The way both black holes deflect light gives rise to complex lensing effects, as seen in the movie when one black hole passes in front of the other," said Stephane d'Ascoli, a doctoral student at Ecole Normale Superieure in Paris and lead author of the paper. "Some exotic features came as a surprise, such as the eyebrow-shaped shadows one black hole occasionally creates near the horizon of the other."

The simulation ran on the National Center for Supercomputing Applications' Blue Waters supercomputer at the University of Illinois at Urbana-Champaign. Modeling three orbits of the system took 46 days on 9,600 computing cores. Campanelli said the collaboration was recently awarded additional time on Blue Waters to continue developing their models.

The original simulation estimated gas temperatures. The team plans to refine their code to model how changing parameters of the system, like temperature, distance, total mass and accretion rate, will affect the emitted light. They're interested in seeing what happens to gas traveling between the two black holes as well as modeling longer time spans.

"We need to find signals in the light from supermassive black hole binaries distinctive enough that astronomers can find these rare systems among the throng of bright single supermassive black holes," said co-author Julian Krolik, an astrophysicist at Johns Hopkins University in Baltimore.

"If we can do that, we might be able to discover merging supermassive black holes before they're seen by a space-based gravitational-wave observatory."

среда, 3 октября 2018 г.

Black holes ruled out as universe's missing dark matter

For one brief shining moment after the 2015 detection of gravitational waves from colliding black holes, astronomers held out hope that the universe's mysterious dark matter might consist of a plenitude of black holes sprinkled throughout the universe. University of California, Berkeley, physicists have dashed those hopes. Based on a statistical analysis of 740 of the brightest supernovas discovered as of 2014, and the fact that none of them appear to be magnified or brightened by hidden black hole "gravitational lenses," the researchers concluded that primordial black holes can make up no more than about 40 percent of the dark matter in the universe. Primordial black holes could only have been created within the first milliseconds of the Big Bang as regions of the universe with a concentrated mass tens or hundreds of times that of the sun collapsed into objects a hundred kilometers across. The results suggest that none of the universe's dark matter consists of heavy black holes, or any similar object, including massive compact halo objects, so-called MACHOs. Dark matter is one of astronomy's most embarrassing conundrums: despite comprising 84.5 percent of the matter in the universe, no one can find it. Proposed dark matter candidates span nearly 90 orders of magnitude in mass, from ultralight particles like axions to MACHOs.

Several theorists have proposed scenarios in which there are multiple types of dark matter. But if dark matter consists of several unrelated components, each would require a different explanation for its origin, which makes the models very complex.

"I can imagine it being two types of black holes, very heavy and very light ones, or black holes and new particles. But in that case one of the components is orders of magnitude heavier than the other, and they need to be produced in comparable abundance. We would be going from something astrophysical to something that is truly microscopic, perhaps even the lightest thing in the universe, and that would be very difficult to explain," said lead author Miguel Zumalacarregui, a Marie Curie Global Fellow at the Berkeley Center for Cosmological Physics.

An as-yet unpublished reanalysis by the same team using an updated list of 1,048 supernovas cuts the limit in half, to a maximum of about 23 percent, further slamming the door on the dark matter-black hole proposal.

"We are back to the standard discussions. What is dark matter? Indeed, we are running out of good options," said Uros Seljak, a UC Berkeley professor of physics and astronomy and BCCP co-director. "This is a challenge for future generations."

The analysis is detailed in a paper published this week in the journal Physical Review Letters.

Dark matter lensing
Their conclusions are based on the fact that an unseen population of primordial black holes, or any massive compact object, would gravitationally bend and magnify light from distant objects on its way to Earth.

Therefore, gravitational lensing should affect the light from distant Type Ia supernovas. These are the exploding stars that scientists have used as standard brightness sources to measure cosmic distances and document the expansion of the universe.

Zumalacarregui conducted a complex statistical analysis of data on the brightness and distance supernovas catalogued in two compilations - 580 in the Union and 740 in the joint light-curve analysis (JLA) catalogs - and concluded that eight should be brighter by a few tenths of a percent than predicted based on observations of how these supernovas brighten and fade over time. No such brightening has been detected.

Other researchers have performed similar but simpler analyses that yielded inconclusive results. But Zumalacarregui incorporated the precise probability of seeing all magnifications, from small to huge, as well as uncertainties in brightness and distance of each supernova. Even for low-mass black holes - those 1 percent the mass of the sun - there should be some highly magnified distant supernovas, he said, but there are none.

"You cannot see this effect on one supernova, but when you put them all together and do a full Bayesian analysis you start putting very strong constraints on the dark matter, because each supernova counts and you have so many of them," Zumalacarregui said.

The more supernovas included in the analysis, and the farther away they are, the tighter the constraints. Data on 1,048 bright supernovas from the Pantheon catalog provided an even lower upper limit - 23 percent - than the newly published analysis.

Seljak published a paper proposing this type of analysis in the late 1990s, but when interest shifted from looking for big objects, MACHOs, to looking for fundamental particles, in particular weakly interacting massive particles, or WIMPs, follow-up plans fell by the wayside. By then, many experiments had excluded most masses and types of MACHOs, leaving little hope of discovering such objects.

At the time, too, only a small number of distant Type Ia supernovas had been discovered and their distances measured.

Only after the LIGO observations brought up the issue again did Seljak and Zumalacarregui embark on the complicated analysis to determine the limits on dark matter.

"What was intriguing is that the masses of the black holes in the LIGO event were right where black holes had not yet been excluded as dark matter," Seljak said. "That was an interesting coincidence that got everyone excited. But it was a coincidence."

понедельник, 24 сентября 2018 г.

Matter falling into a black hole at 30 percent of the speed of light

A UK team of astronomers report the first detection of matter falling into a black hole at 30% of the speed of light, located in the centre of the billion-light year distant galaxy PG211+143. The team, led by Professor Ken Pounds of the University of Leicester, used data from the European Space Agency's X-ray observatory XMM-Newton to observe the black hole. Their results appear in a new paper in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Black holes are objects with such strong gravitational fields that not even light travels quickly enough to escape their grasp, hence the description 'black'. They are hugely important in astronomy because they offer the most efficient way of extracting energy from matter. As a direct result, gas in-fall - accretion - onto black holes must be powering the most energetic phenomena in the Universe. The centre of almost every galaxy - like our own Milky Way - contains a so-called supermassive black hole, with masses of millions to billions of times the mass of our Sun. With sufficient matter falling into the hole, these can become extremely luminous, and are seen as a quasar or active galactic nucleus (AGN). However black holes are so compact that gas is almost always rotating too much to fall in directly. Instead it orbits the hole, approaching gradually through an accretion disc - a sequence of circular orbits of decreasing size. As gas spirals inwards, it moves faster and faster and becomes hot and luminous, turning gravitational energy into the radiation that astronomers observe.

The orbit of the gas around the black hole is often assumed to be aligned with the rotation of the black hole, but there is no compelling reason for this to be the case. In fact, the reason we have summer and winter is that the Earth's daily rotation does not line up with its yearly orbit around the Sun.

Until now it has been unclear how misaligned rotation might affect the in-fall of gas. This is particularly relevant to the feeding of supermassive black holes since matter (interstellar gas clouds or even isolated stars) can fall in from any direction.

Using data from XMM-Newton, Prof. Pounds and his collaborators looked at X-ray spectra (where X-rays are dispersed by wavelength) from the galaxy PG211+143. This object lies more than one billion light years away in the direction of the constellation Coma Berenices, and is a Seyfert galaxy, characterised by a very bright AGN resulting from the presence of the massive black hole at its nucleus.

The researchers found the spectra to be strongly red-shifted, showing the observed matter to be falling into the black hole at the enormous speed of 30 per cent of the speed of light, or around 100,000 kilometres per second. The gas has almost no rotation around the hole, and is detected extremely close to it in astronomical terms, at a distance of only 20 times the hole's size (its event horizon, the boundary of the region where escape is no longer possible).

The observation agrees closely with recent theoretical work, also at Leicester and using the UK's Dirac supercomputer facility simulating the 'tearing' of misaligned accretion discs. This work has shown that rings of gas can break off and collide with each other, cancelling out their rotation and leaving gas to fall directly towards the black hole.

Prof. Pounds, from the University of Leicester's Department of Physics and Astronomy, said: "The galaxy we were observing with XMM-Newton has a 40 million solar mass black hole which is very bright and evidently well fed. Indeed some 15 years ago we detected a powerful wind indicating the hole was being over-fed. While such winds are now found in many active galaxies, PG1211+143 has now yielded another 'first', with the detection of matter plunging directly into the hole itself."

He continues: "We were able to follow an Earth-sized clump of matter for about a day, as it was pulled towards the black hole, accelerating to a third of the velocity of light before being swallowed up by the hole."

A further implication of the new research is that 'chaotic accretion' from misaligned discs is likely to be common for supermassive black holes. Such black holes would then spin quite slowly, being able to accept far more gas and grow their masses more rapidly than generally believed, providing an explanation for why black holes which formed in the early Universe quickly gained very large masses.

понедельник, 30 июля 2018 г.

First Successful Test of General Relativity Near Supermassive Black Hole

Obscured by thick clouds of absorbing dust, the closest supermassive black hole to the Earth lies 26,000 light-years away at the centre of the Milky Way. This gravitational monster, which has a mass four million times that of the Sun, is surrounded by a small group of stars orbiting around it at high speed.This extreme environment - the strongest gravitational field in our galaxy - makes it the perfect place to explore gravitational physics, and particularly to test Einstein's general theory of relativity. New infrared observations from the exquisitely sensitive GRAVITY, SINFONI and NACO instruments, developed under the lead of the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), have now allowed astronomers to follow one of these stars, called S2, as it passed very close to the black hole during May 2018. At the closest point this star was at a distance of less than 20 billion kilometres from the black hole and moving at a speed in excess of 25 million kilometres per hour - almost three percent of the speed of light.

The team compared the position and velocity measurements from GRAVITY and SINFONI respectively, along with previous observations of S2 using other instruments, with the predictions of Newtonian gravity, general relativity and other theories of gravity. The new results are inconsistent with Newtonian predictions and in excellent agreement with the predictions of general relativity.

These extremely precise measurements were made by an international team led by Reinhard Genzel (MPE) in Garching, Germany, in conjunction with collaborators around the world, at the Paris Observatory-PSL, the Universite Grenoble Alpes, CNRS, the Max Planck Institute for Astronomy, the University of Cologne, the Portuguese CENTRA (Centro de Astro?sica e Gravitacao) and ESO. The observations are the culmination of a 26-year series of ever-more-precise observations of the centre of the Milky Way using ESO instruments.

"This is the second time that we have observed the close passage of S2 around the black hole in our galactic centre. But this time, because of much improved instrumentation, we were able to observe the star with unprecedented resolution," explains Genzel. "We have been preparing intensely for this event over several years, as we wanted to make the most of this unique opportunity to observe general relativistic effects."

The new measurements clearly reveal an effect called gravitational redshift. Light from the star is stretched to longer wavelengths by the very strong gravitational field of the black hole. And the change in the wavelength of light from S2 agrees precisely with that predicted by Einstein's general theory of relativity. This is the first time that this deviation from the predictions of the simpler Newtonian theory of gravity has been observed in the motion of a star around a supermassive black hole.

The team used SINFONI to measure the velocity of S2 towards and away from Earth and the GRAVITY instrument in the VLT Interferometer (VLTI) to make extraordinarily precise measurements of the changing position of S2 in order to define the shape of its orbit. GRAVITY creates such sharp images that it can reveal the motion of the star from night to night as it passes close to the black hole - 26,000 light-years from Earth.

"Our first observations of S2 with GRAVITY, about two years ago, already showed that we would have the ideal black hole laboratory," adds Frank Eisenhauer (MPE), principal investigator of GRAVITY and the SINFONI spectrograph.

"During the close passage, we could even detect the faint glow around the black hole on most of the images, which allowed us to precisely follow the star on its orbit, ultimately leading to the detection of the gravitational redshift in the spectrum of S2."

More than one hundred years after he published his paper setting out the equations of general relativity, Einstein has been proved right once more - in a much more extreme laboratory than he could have possibly imagined!

"Due to the extremely strong gravitational field we expect to see the effects of general relativity - but only if we can look close enough," says Stefan Gillessen, "This is why we needed to push the technology. With SINFONI we can measure the radial velocity of stars very accurately and GRAVITY gives us extremely sharp images and accurate positions."

Continuing observations are expected to reveal another relativistic effect very soon - a small rotation of the star's orbit, known as Schwarzschild precession - as S2 moves away from the black hole.

Xavier Barcons, ESO's Director General, concludes: "ESO has worked with Reinhard Genzel and his team and collaborators in the ESO Member States for over a quarter of a century. It was a huge challenge to develop the uniquely powerful instruments needed to make these very delicate measurements and to deploy them at the VLT in Paranal. The discovery announced is the very exciting result of a remarkable partnership."

воскресенье, 22 апреля 2018 г.

Темная материя может состоять из первичных черных дыр, считают ученые

Астрономы, изучающие движение галактик и особенности реликтового излучения, в последнем столетии пришли к выводу о том, что большая часть материи во Вселенной является невидимой. Примерно 84 процента материи космоса представляет собой темную материю, большая часть которой сосредоточена в гало, окружающих галактики. Она получила название «темная материя», поскольку не излучает свет, однако этим ее таинственность не исчерпывается – темная материя также не состоит из атомов или их компонентов, таких как электроны и протоны. Одна из версий происхождения темной материи связывает ее с первичными черными дырами, гипотетическими объектами, возникшими в ранней Вселенной в результате стремительно развивающихся процессов, таких как космическая инфляция или прямой коллапс первичного газа. В новой работе астрономы во главе с Киронгом Чжу (Qirong Zhu) из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, попытались проверить эту гипотезу, используя в качестве критерия проверки распределение плотности в гало галактик. Согласно команде Чжу, в том случае если гало галактик состоят из первичных черных дыр, распределение плотности в них будет отличаться от распределения плотности в гало галактик, состоящих из экзотических частиц.

Исследователи считают, что в качестве объектов таких наблюдений следует выбирать тусклые карликовые галактик, поскольку для них эти эффекты изменения распределения плотности будут выражены в наибольшей степени. Чжу и его команда в своей работе провели сеанс компьютерного моделирования, чтобы проверить, могут ли карликовые галактики помочь обнаружить присутствие первичных черных дыр – и пришли к утвердительному выводу. Согласно авторам взаимодействия между звездами и первичными черными дырами гало галактик могут слегка изменить распределение звезд в них.

воскресенье, 8 апреля 2018 г.

Гравитационные волны, формируемые черными дырами в центрах галактик

Гравитационные волны могут формироваться в центрах галактик, сообщается в новом исследовании, проведенном группой ученых под руководством Джозефа Фернандеса (Joseph Fernandez) из Ливерпульского университета имени Джона Мурса, Великобритания. Гравитационные волны представляют собой мелкую рябь пространства-времени, распространяющуюся по Вселенной. Когда во Вселенной сталкиваются два массивных объекта, таких как черные дыры или нейтронные звезды, происходит формирование гравитационных волн, расходящихся в стороны от места столкновения. Этот феномен был предсказан Альбертом Эйнштейном в 1915 г. Амплитуда этих изменений согласно прогнозам должна была быть настолько крохотной, что Эйнштейн даже не рассчитывал обнаружить гравитационные волны. Однако в 2015 г., спустя сто лет после того, как был сделан этот прогноз, ученые впервые смогли наблюдать гравитационные волны напрямую. Обнаруженные гравитационные волны исходили со стороны пары черных дыр звездных масс (примерно по 30 масс Солнца каждая), которые упали друг на друга и в конечном счете объединились.

С того времени ученые обнаружили еще 4 события слияния черных дыр, однако наука до сих пор не приблизилась к пониманию механизмов, заставляющих черные дыры сближаться настолько, что становится возможным формирование гравитационных волн.

В новой работе команда Фернандеса показывает, что сверхмассивная черная дыра (СМЧД), лежащая в центре галактики, может изменить орбиты компонент двойной звездной системы так, что окажется возможным приведение компонент системы в очень тесный контакт, и продолжительность их обращения друг относительно друга перед слиянием будет в 100 раз ниже, чем в отсутствие такого искажения орбит со стороны СМЧД. Этого может оказаться достаточно, чтобы двойная система успела за время существования нашей Вселенной достичь фазы слияния компонент, считают Фернандес и его коллеги.

Исследование было представлено 3 апреля на Европейской неделе астрономии и наук о космосе, проходившей в Ливерпуле, Великобритания.

четверг, 5 апреля 2018 г.

В центре Млечного пути лежат тысячи черных дыр, выяснили ученые

Команда астрофизиков открыла несколько сотен черных дыр, концентрирующихся вокруг сверхмассивной черной дыры (СМЧД) Млечного пути Стрелец А*. В течение более чем двух десятилетий исследователи искали доказательства в пользу гипотезы, согласно которой тысячи черных дыр звездных размеров окружают сверхмассивную черную дыру, лежащую в центре крупной галактики. «Нам известно о существовании всего лишь пяти десятков черных дыр во всей Галактике – и в то же время мы предполагаем наличие от 10000 до 20000 этих объектов в границах области размером 6 световых лет, которые, однако, до сих пор так и не были никем обнаружены», - рассказал главный автор нового исследования Чак Хейли (Chuck Hailey) из Колумбийского университета, США. Ученым известно, что СМЧД Млечного пути окружена плотным гало из газа и пыли, в котором с высокой вероятностью могут формироваться черные дыры. Изолированную черную дыру во Вселенной увидеть практически невозможно, поэтому команда Хейли в своей работе наблюдала двойные системы, состоящие из черной дыры и звезды небольшой массы.

 В таких системах происходят несильные, но различимые рентгеновские вспышки, которые регистрируются космической рентгеновской обсерваторией НАСА Chandra («Чандра»). Зная отношение общего числа черных дыр к числу черных дыр, входящих в состав двойных систем со звездами небольших масс, можно на основании этих данных рассчитать общее предполагаемое число черных дыр, указывают Хейли и его соавторы.

Проведя такой анализ, исследователи обнаружили примерно 500 двойных систем, включающих черную дыру и звезду небольшой массы, а рассчитанное на основании этих данных общее число черных дыр в окрестностях СМЧД Стрелец А* составило примерно 10000.

понедельник, 26 марта 2018 г.

Ученые посвящают рождение новой черной дыры Стивену Хокингу

Один из телескопов сети MASTER Global Robotic Net telescopes (MSU), расположенный на острове Тенерифе (Испания, Канарские острова) помог ученым наблюдать гамма-всплеск, вызванный коллапсом одной звезды и формированием на ее месте черной дыры. Обычные телескопы неспособны осуществлять наведение на гамма-всплески с достаточно высокой скоростью, чтобы отследить изменения их яркости и получить информацию об их источниках. Гамма-всплески регистрируются космическими обсерваториями довольно часто – каждый день. Эти энергетические всплески сопровождают события столкновения нейтронных звезд или коллапса массивной звезды с превращением ее в нейтронную звезду, кварковую звезду или черную дыру. В случае каждого из перечисленных событий выделяются огромные количества энергии, и телескопы могут обнаружить гамма-всплески, даже если те происходят на расстояниях в миллионы и миллиарды световых лет от Земли. Гамма-всплески длятся от нескольких миллисекунд до десятков секунд и регистрируются в различных диапазонах.

«Главной задачей сети телескопов MASTER Global Robotic Net являются наблюдения раннего оптического излучения гамма-всплеска перед его затуханием. В оптическом диапазоне мы наблюдали всё это событие целиком, от начала до конца. Это редкий случай, который выдается лишь два или три раза в год, и, как правило, такие наблюдения всегда проводятся при помощи сети телескопов MASTER», - рассказал руководитель проекта MASTER Global Robotic Net и профессор кафедры физики Московского государственного университета Владимир Липунов.

Сообщение об этом открытии посвящено памяти Стивена Хокинга и опубликовано на веб-сайте Astronomer"s Telegram.

четверг, 1 марта 2018 г.

Выбросы со стороны черных дыр превращают супернептуны в каменистые планеты

Команда астрофизиков и планетологов прогнозирует, что планеты, подобные Нептуну, которые входят в состав планетных систем звезд, расположенных близ центра Млечного пути, были превращены в каменистые планеты за счет действия выбросов близлежащей сверхмассивной черной дыры (СМЧД). В этой новой работе были объединены результаты компьютерного моделирования с данными наблюдений экзопланет, а также наблюдений звезд и черных дыр в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах. «Кажется, на первый взгляд, довольно странным предполагать, что черные дыры влияют на эволюцию планет, однако именно такой процесс протекает в центре нашей Галактики», - сказал главный автор исследования Говард Чен (Howard Chen) из Северо-западного университета, штат Иллинойс, США. Чен и коллеги изучили окрестности СМЧД нашей галактики Млечный путь, рассмотрев влияние жестких излучений, формируемых при падении материи на черную дыру, на планеты, расположенные на расстоянии не более 70 световых лет от этой СМЧД, имеющей массу порядка 4 миллионов масс Солнца и называемую Стрелец А*. 

В исследовании были проанализированы свойства экзопланет массами в диапазоне от массы Земли до массы Нептуна.

Согласно полученным результатам рентгеновское и УФ излучение, идущее со стороны СМЧД Стрелец А*, «сдувает» большую часть толстых газовых атмосфер таких планет, оставляя в ряде случаев лишь каменистое ядро. Сформированные таким образом планеты относятся к классу суперземель (каменистых планет массой больше массы Земли, но меньше массы Нептуна). Исследователи считают, что этот механизм отвечает за формирование основного массива суперземель в окрестностях центра Галактики.

понедельник, 26 февраля 2018 г.

Новая стратегия поиска первичных черных дыр

Согласно некоторым теориям флуктуации плотности вещества ранней Вселенной могли привести к формированию небольших «первичных черных дыр», некоторые из которых могут двигаться в окрестностях нашей Галактики и сегодня и даже являться яркими источниками гамма-излучения.Исследователи проанализировали данные, собранные при помощи космической гамма-обсерватории НАСА Fermi («Ферми»), и не обнаружили признаков, указывающих на существование этих объектов, однако этот отрицательный результат, тем не менее, позволяет наложить ограничение на максимальное число этих крохотных черных дыр, которые могут находиться в окрестностях Земли.Ожидается, что черные дыры небольших масс испускают в гамма-диапазоне так называемое «излучение Хокинга» - теоретический прогноз, сделанный физиком Стивеном Хокингом и его коллегами. Хокинг показал, что квантовые эффекты могут привести к возникновению пары частица-античастица у горизонта событий черной дыры, позволяя одной из частиц упасть на черную дыру, а другой – покинуть ее пределы. Результатом является то, что черная дыра испускает излучение и теряет массу. 

С уменьшением массы черной дыры возрастает ее яркость в гамма-диапазоне, до тех пор пока она не «загорится» ярко в гамма-диапазоне в финальном взрыве. Ожидается, что такие вспышки в гамма-диапазоне могут происходить с частотой примерно один раз в несколько лет.

Исследование принято к публикации в журнале Astrophysical Journal; главный автор Кристиан Джонсон (Christian Johnson) из Калифорнийского университета в Санта-Круз, США.

вторник, 20 февраля 2018 г.

Необъяснимые свойства черной дыры

Одним из самых загадочных явлений во Вселенной уже полсотни лет остаются черные дыры. Мы точно не знаем, откуда они взялись и зачем они нужны, однако ученые твердо уверены: решение загадки черных дыр станет тем днем, когда человечество подчинит себе весь космос. Пока же физики могут только предполагать, зачем именно эти невероятные образования «пожирают» звезды и как им удается изменять время.


Черные дыры создают новые вселенные. Скорее всего. Такую теорию активно продвигают физики в последний год, а первым эту странную идею высказал Стивен Хокинг. Дело в том, что сингулярность черных дыр нарушает существующие физические законы, а значит их деятельность регулируется в других вселенных. Тех, которые сами дыры и порождают.


Ученые не могут понять, как именно пропадают черные дыры. Тот же Хокинг еще в 1974 году выяснил, что со временем черная дыра пропадает в окружающем пространстве — но куда она девается никто не понимает.

Замедление времени

Еще одна необъяснимая особенность этих странных космических образований заключается в их способности замедления течения самого времени. Теоретически, у самого горизонта событий черной дыры время для космонавта будет двигаться так быстро, что он может переместиться в будущее.

Контроль населения

Формирование звезды происходит, когда остывает газовое облако. Но излучение черной дыры не дает облакам остывать и тем самым регулирует количество существующих во вселенной звезд. Физики считают, что в этом и может быть практическое назначение черных дыр.

Они громкие

В конце 2003 года астрономы «услышали» странный шум, исходящий от огромной черной дыры в 250 миллионах световых лет от нас. Сейчас предполагается, что черная дыра издает звуки, преобразовывая вещество в энергию.

Источник энергии
Самые смелые физики утверждают, что когда-нибудь человечество научится использовать черные дыры в качестве неиссякаемого источника энергии. Преобразование атомов в субатомные частицы и в самом деле выделяет в пятьдесят раз больше энергии, чем известный нам ядерный синтез.

Игра в бисер

Наш мир немного напоминает конструкторы Lego: все в нем создано из одних и тех же деталей — атомов. Но без черных дыр, которые буквально разбирают материю на составные части, не было бы и субатомных элементов, из которых рождаются звезды. По сути, черная дыра — господь бог в интерпретации физиков.

вторник, 6 февраля 2018 г.

Ученый рассказал, почему «толстеют» черные дыры

В Коуровской астрономической обсерватории на Среднем Урале проходит конференция «Физика Космоса». Среди прочих вопросов, которые задались ее участники, — изучение феномена «толстеющих» черных дыр, одного из самых обсуждаемых в последнее время. Астрономам и физикам удалось выяснить, что в знаниях о черных дырах есть серьезные пробелы. Предполагалось, что эти объекты, которые появляются на месте разорвавшейся звезды, должны иметь массу в разы меньше сгоревшего светила. Теперь же становится ясно, что некоторые дыры, наоборот, тяжелеют. То есть, если вес звезды составлял, к примеру, 40 масс Солнца, то вместо нее должен появиться объект массой 10-20 масс Солнца. Но на деле получается — около 60. Как рассказал Сергей Пилипенко, сотрудник астрокосмического центра физического института академии наук, исследователи продолжают находить сверхмассивные черные дыры. Их размеры могут быть больше некоторых небольших галактик. 

Весят «толстушки» от нескольких миллионов до миллиардов масс Солнца. Спор по поводу их происхождения пока не разрешен. Как предполагают некоторые российские ученые, они возникли в результате слияние своих младших «сестер».

Отметим, что сейчас особо активно изучаются две ближайшие к Земле дыры. Одна находится в самом центре Млечного пути в созвездии Стрельца. Другая — в галактике M 87 (созвездие Девы). Ожидается, что глобальные открытия в этой сфере случатся в ближайшее десятилетие.

воскресенье, 4 февраля 2018 г.

Сверхмассивные черные дыры могут поглощать по одной звезде в год

Исследователи из Колорадского университета в Боулдере, США, открыли механизм, который объясняет устойчивость асимметричных звездных скоплений, окружающих сверхмассивные черные дыры в некоторых галактиках, и позволяет сделать прогноз, согласно которому в период объединения столкнувшихся галактик звезды, обращающиеся вокруг центральной сверхмассивной черной дыры (СМЧД) могут быть поглощены ею и разрушены с частотой порядка одной звезды в год. Гравитация СМЧД формирует околоядерное скопление звезд, которое в соответствии с физикой гравитации должно иметь сферическую симметрию. Однако в некоторых галактиках – включая близлежащую галактику Андромеда – ученые наблюдали вместо сферических скоплений звезд асимметричные скопления, принимающие форму диска. Предполагается, что эксцентричный диск формируется вскоре после столкновения между двумя богатыми газом галактиками.

Внутри этого диска каждая звезда движется по эллиптической орбите, плоскость которой поворачивается относительно черной дыры с течением времени. Орбиты звезд часто накладываются друг на друга и изменяются в результате взаимодействия между звездами. В конечном счете эти изменения накапливаются, и одна из взаимодействующих звезд оказывается расположена слишком близко к черной дыре.

«Мы прогнозируем, что в период после галактического столкновения СМЧД будет поглощать по одной звезде в год, - сказал один из авторов работы Хизер Вернке (Heather Wernke), студент магистратуры Колорадского университета в Боулдере. – Это примерно в 1000 раз чаще, по сравнению с предыдущими оценками».

Эти находки подтверждают наблюдениями предположение о том, что некоторые галактики, в центре которых имеется СМЧД, демонстрируют более высокие скорости поглощения звезд, чем остальные галактики, а также показывают, что эксцентричные околоядерные диски могут быть распространены чаще, чем предполагалось.

суббота, 27 января 2018 г.

Обнаружена неактивная черная дыра

Это первый случай регистрации неактивной черной дыры звездной массы в шаровом скоплении и первое прямое обнаружение черной дыры по ее гравитационному притяжению. Астрономы нашли невидимую черную дыру с массой около четырех солнечных в шаровом скоплении NGC 3201. Об открытии сообщается на сайте European Souther Observatory. Это первый случай регистрации неактивной черной дыры звездной массы в шаровом скоплении и первое прямое обнаружение черной дыры по ее гравитационному притяжению. Сделать открытие ученым помогло необычное поведение звезды в шаровом скоплении NGC 3201 в созвездии Паруса. Такие скопления могут состоять из сотен тысяч звезд, и находятся они на периферии большинства галактик. Это одни из самых старых из известных во Вселенной звездных систем, возникшие еще в начальную эпоху образования и эволюции галактик. Шаровых скоплений достаточно много в нашем Млечном Пути - более 150.

Авторы исследования рассказывают, что изучали скопление с помощью приемника MUSE, смонтированного на телескопе VLT в Чили.

Исследовательская группа обнаружила, что одна из звезд в NGC 3201, приближающаяся к заключительному этапу эволюции, ведет себя очень странно - она двигалась то вперед, то назад относительно наблюдателя с радиальной скоростью в несколько сотен тысяч километров в час, и такое поведение повторялось c периодом в 167 дней.

Ученые объяснили наблюдаемое ими явление присутствием другого объекта рядом.

"Это может быть только черной дырой - первой черной дырой, открытой в шаровом скоплении по прямой регистрации ее гравитационного притяжения", - рассказал руководитель исследования Бенджамина Гизерса Гизерс.

По оценкам ученых, масса звезды в скоплении NGC 3201 составляет около 0,8 солнечных. В этом случае, исходя из измеренных параметров, масса ее компаньона должна достигать около 4,36 солнечных, что хорошо согласуется с предположением о том, что это черная дыра.

Ранее считалось, что большинство черных дыр должно было за короткое время исчезнуть из шаровых скоплений. В условиях отсутствия постоянного звездообразования черные дыры звездных масс быстро становятся самыми массивными объектами.

среда, 24 января 2018 г.

Искусственные гамма-взрывы позволят изучать черные дыры

Миниатюрные гамма-взрывы позволяют ученым изучать черные дыры в лабораторных условиях. Для того, чтобы можно было глубже понять некоторые удивительные явления и процессы, происходящие в глубинах космоса, можно воссоздать и изучить миниатюрные копии этих явлений в лабораторных условиях. Группа исследователей из университета Куинса (Queens University), Белфаст, создала лучи из особого вида плазмы, газа, состоящего не из молекул и атомов, а из смеси элементарных частиц. Лучи этой электронно-позитронной плазмы при некоторых условиях создают сильные постоянные магнитные поля, и их использование позволяет смоделировать космические высокоэнергетические явления, порождающие сильнейшие вспышки гамма-излучения, так называемые гамма-взрывы. В своих экспериментах ученые использовали мощный лазер Gemini, расположенный в лаборатории Рутэрфорда Апплетона, Великобритания. Интенсивный свет этого лазера был направлен в камеру, заполненную гелием, благодаря чему был получен луч высокоэнергетических электронов. Эти электроны были направлены на свинцовую мишень, что привело к образованию электронно-позитронной плазмы, плазмы, состоящей из электронов и позитронов, частиц, являющихся антиподами электронов со стороны антиматерии.

Когда луч электронно-позитронной плазмы был направлен сквозь облако обычной плазмы, состоящей из электронов и ионов, появилось сильнейшее магнитное поле, сопровождающееся гамма-излучением. И ученые считают, что воссозданный ими процесс очень близок к тому, что происходит в непосредственной близости от черных дыр и порождает гамма-взрывы. Только источником лучей электронно-позитронной плазмы в последнем случае являются сами черные дыры.

Во время проведения последних экспериментов ученым удалось впервые увидеть некоторые явления, играющие ключевую роль в деле формирования гамма-взрывов. К этим явлениям относится и самогенерация магнитных полей, благодаря которой эти поля держатся в течение длительного времени. Кроме этого, проведенные учеными измерения послужили подтверждениями некоторых теорий, которые определяют распределение сил и полей различной природы, которые возникают в районах, прилегающих к черным дырам.

Гамма-всплески возникают в отдаленных галактиках и длятся от нескольких секунд до часа. Самый яркий из них — GRB 080319B — наблюдался 19 марта 2008 года и был в течение 30 секунд заметен невооруженным взглядом. При этом источник ГВ находился в галактике, удаленной на 7,5 миллиарда световых лет, что стало рекордом среди далеких объектов, видимых на ночном небе. Возможной причиной всплеска назывался выброс (джет) гамма-лучей, один из пучков которых был направлен на Землю.

Очевидно, что главным недостатком данной работы является отсутствие даже миниатюрного аналога черной дыры. Тем не менее, полученные результаты обеспечивают лучшее понимание природы гамма-взрывов, благодаря чему через некоторое время, проведя анализ параметров сигнала гамма-взрыва, ученые смогут с уверенностью сказать, что же именно является его источником - черная дыра, пульсар, взрыв сверхновой или деятельность внеземной цивилизации.

четверг, 18 января 2018 г.

Скорость вращения черной дыры является "регулятором громкости" ее радиоизлучения

Группа исследователей из Национальной астрономической обсерватории Японии, проведя статистический анализ данных о черных дырах, выяснила, что значение скорости вращения черной дыры играет одну из главных ролей в процессе формирования мощных высокоскоростных потоков материи, излучающих радиоволны и другие виды радиации в окружающее космическое пространство. Известно, что черные дыры поглощают свет и все другие формы излучения, что делает невозможным их прямое обнаружение. Однако, огромная гравитация черных дыр, которая зависит от их размеров и массы, производит сильные вторичные эффекты. Материя, которая приближается к горизонту событий черной дыры, измельчается и разогревается до высокой температуры, излучая в пространство огромное количество энергии. Эта энергия превращает окрестности черных дыр в самые яркие объекты во Вселенной, в так называемые "квазизвездные радио-источники" или квазары.

Однако, употребление термина квазар по отношению ко всем черным дырам не совсем верно, ведь всего 10 процентов известных квазаров излучают сильные потоки радиоволн. Сейчас ученым известно, что источником "громкости" таких квазаров является часть материи, которой удалось избежать поглощения черной дырой. Эта материя извергается в космос в виде высокоскоростных потоков, джетов, которые берут свое начало в районе полюсов черной дыры. Однако ученым еще не до конца понятно, почему джеты возникают у одной черной дыры, и их не наблюдается у другой черной дыры, имеющей сопоставимые размеры и массу.

Японские исследователи выдвинули предположение, что скорость вращения черной дыры может играть ключевую роль в процессах формирования джетов. Проведя анализ имеющихся данных, касающихся 8 тысяч известных квазаров, ученые определили концентрацию ионов кислорода [O III] в пространстве возле черной дыры и в окружающем ее диске материи. Концентрация ионов кислорода некоторым образом связана с массой и скоростью вращения черной дыры, и она оказалась в 1.5 раза выше у "громких" квазаров, чем у квазаров, не излучающих сильные радиоволны.

"Конечно, наш подход основан на некоторых ключевых предположениях. И это подразумевает, что вращение черных дыр может являться далеко не единственным фактором для дифференцирования радио-громких и радио-тихих квазаров" - пишут исследователи, - "Тем не менее, полученные нами результаты говорят о том, что скорость вращения нельзя исключать из уравнения, которое определяет "громкость" этих огромных космических монстров".

среда, 17 января 2018 г.

Астрономы создали панораму окрестностей черной дыры в центре Млечного Пути

Астрономы, основываясь на данных с наземных и космических обсерваторий, сделали панорамную визуализацию окрестностей сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, сообщает сайт N+1. Препринт исследования опубликован на портале ArXiv.org. Это позволит понять динамику потоков газа и излучения вблизи черных дыр, говорится на сайте телескопа "Чандра". В центре Млечного Пути в 26 тыс. световых лет от Солнца находится компактный радиоисточник Стрелец A*, который, предположительно, представляет собой сверхмассивную черную дыру массой в 4,2 млн масс Солнца. Ее окрестности это очаг астрофизической активности. Важную роль в нем играют потоки излучения и вещества от примерно тридцати массивных горячих звезд класса Вольфа-Райе, расположенных в пределах полутора световых лет от черной дыры. Потоки вещества, истекающие от звезд, могут сталкиваться, образуя ударные волны, или, при приближении к черной дыре, падать на нее по спиральной траектории. При этом газ будет нагреваться до высоких температур и излучать в рентгеновском диапазоне. Черная дыра может также провоцировать интенсивные выбросы вещества, которые могут "расчистить" ее окрестности от материала звездных ветров.

Стрелец А* характеризуется низкой скоростью аккреции вещества, что позволяет определить параметры отдельных звезд, вращающихся вокруг него, с достаточной точностью, и понять механизмы взаимодействия звезд и газовых облаков вблизи черных дыр.

Группа ученых под руководством Кристофера Рассела из Папского Католического университета Чили смоделировала окружение черной дыры на основе данных, полученных в инфракрасном диапазоне при помощи телескопа VLT (Very Large Telescope) и наблюдениях рентгеновском диапазоне при помощи космического телескопа "Чандра". Были задействованы и другие обсерватории.

В работе использовался код GADGET-2, основанный на методе гидродинамики сглаженных частиц(SPH), модель охватывает временной период с 1100 лет назад до сегодняшнего дня и содержит 25 звезд Вольфа-Райе, теряющих массу со скоростью от 5×10-5 до 5×100-4 масс Солнца в год в виде звездных ветров, начальные скорости которых лежат в диапазоне от 600 до 2500 километров в секунду. Было построено три модели вспышек вблизи черной дыры, которые призваны объяснить сильную активность и оттока вещества от Стрельца A* в период от 400 до 100 лет назад.

Результаты работы показывают, что диффузное рентгеновское излучение от области, размером 0,6 световых лет, вблизи черной дыры, является следствием столкновения звездных ветров и оттока вещества во время вспышек, порождаемых черной дырой. При этом вспышки влияют на интенсивность рентгеновского излучения в течение долгого времени, даже если она произошла более ста лет назад, и находятся в обратной связи с ней — сильный отток вещества "расчищает" окрестности черной дыры от материала звездных ветров и уменьшает интенсивность рентгеновского излучения. В дальнейшем ученые планируют доработать модель с учетом двойных звездных систем и звезд спектрального класса О, а также околоядерного диска.

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.