На окраинах Млечного пути могут находиться сталкивающиеся черные дыры

Периферия спиральных галактик, подобных нашему Млечному пути, может быть наполнена сталкивающимися черными дырами огромных размеров и являться важной «охотничьей зоной» для поисков источников гравитационных волн, сообщают исследователи из Технологического института Рочестер, США, в новой научной работе. До настоящего времени считалось, что наиболее подходящие условия для популяций черных дыр существуют в небольших спутниковых или карликовых галактиках, где звезды расположены довольно редко, где имеются лишь относительно небольшие количества тяжелых металлов, таких как железо, золото и платина – элементов, формируемых в результате взрывов сверхновых – и низкая эффективность звездных ветров приводит к тому, что звезды теряют с ними лишь очень небольшую часть своей массы.

В новой работе Суканья Чакрабарти (Sukanya Chakrabarti), ассистент-профессор физики Технологического института Рочестер с коллегами показывает, что окраины галактик, подобных Млечному пути, могут быть близки карликовым галактикам по условиям, но с одним большим преимуществом перед последними – крупные галактики проще обнаружить.

«Содержание металлов во внешних частях дисков спиральных галактик также довольно низкое, поэтому в широких областях в этих зонах можно встретить большие количества черных дыр», - сказала Чакрабарти.

Более глубокое понимание Вселенной стало возможным теперь, когда ученые могут комбинировать методы гравитационно-волновой астрономии с традиционными измерениями в разных диапазонах электромагнитного спектра. Настоящее исследование показывает, что даже черные дыры, которые имеют настолько большую плотность, что их окрестности не может покинуть ничто – даже свет – являются источниками гравитационных волн и излучения в оптическом диапазоне, испускаемых, конечно, не самой черной дырой, а остатками материи, сохранившимися после звездного коллапса, породившего черную дыру.

В России получили фото "новорожденного" гамма-всплеска

Астрономы из МГУ и ряда зарубежных университетов и институтов получили первые детальные фотографии и данные по тому, как возникают загадочные гамма-всплески, чье изучение поможет ученым понять, что их порождает и угрожают ли они Земле, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature. "Гамма-вспышки происходят на космологических расстояниях от нас, и некоторые из них случились практически в момент рождения Вселенной. Их появление невозможно предсказать, и когда вспышка происходит, их источник навсегда исчезает. Нам очень повезло, что мы смогли проследить за этим событием при помощи разных телескопов и с разных углов зрения, особенно в момент рождения вспышки, который крайне тяжело поймать", — рассказывает Александр Кутырев из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда в Гринбелте (США).

Звездный крик

Загадочные космические вспышки гамма-излучения, продолжавшиеся от нескольких секунд до нескольких минут, впервые были обнаружены в 1968 году американскими спутниками, предназначенными для наблюдений за советскими ядерными испытаниями. На небосводе гамма-вспышки наблюдаются появляются раз в день. По современным представлениям ученых, они возникают во время взрывов особенно крупных звезд и на первых фазах их превращения в черные дыры.

Когда такая звезда гибнет, сила притяжения порождаемой ими черной дыры или нейтронной звезды заставляет клубы материи бывшего светила. выбрасываемые в открытый космос, возвращаться назад и объединяться в "бублик", вращающийся вокруг центрального объекта. Часть этого диска поглощается черной дырой, а остатки разгоняются до околосветовых скоростей и выбрасываются во внешнее пространство в виде джетов, узких пучков материи.

Во время этой "раскрутки" материи погибающая звезда порождает столько энергии и света, сколько звезда класса Солнца вырабатывает за всю свою жизнь. То, как именно происходит этот процесс, ученые пока не знают, и спорят о его сути на протяжении последних 50 лет.

Кутырев и его коллеги сделали большой шаг к раскрытию тайны рождения гамма-всплесков, наблюдая за одной из последних вспышек такого рода, GRB160625B, возникшей в созвездии Дельфина на ночном небе северного полушария Земли в конце июня прошлого года и открытой в первые секунды после ее рождения космическим гамма-телескопом "Ферми".

Практически в первые же секунды после начала вспышки к наблюдениям присоединилась российская сеть роботизированных телескопов МАСТЕР, созданных под руководством Владимира Липунова из ГАИШ МГУ и расставленных в стратегически выбранных точках по территории всей планеты.

Танец электронов

Наблюдения за послесвечением вспышки, которые вели Липунов и его коллеги, помогли ученым впервые проследить за тем, в какую сторону "закручено" ее излучение и понять, какую роль в ее рождении играли магнитные поля и притяжение черной дыры.

Астрономы в прошлом считали, что вспышка гамма-всплеска может возникать по двум разным причинам – в результате взаимодействия магнитного поля черной дыры и "роя" окружающих ее частиц, или же в результате взаимного трения частиц материи звезды, падающих на нее и "выплевываемых" вместе с джетами.

Как пишут Липунов и его коллеги, данные по поляризации излучения GRB160625B указывают на то, что на самом деле в рождении этих вспышек виноват и тот, и другой механизм. Изначально рождением гамма-всплеска "дирижирует" магнитное поле черной дыры, однако на некотором расстоянии от сингулярности это поле ослабевает, и взаимодействия частиц материи начинают играть ведущую роль в формировании излучения.

"Синхротронное излучение, порождаемое электронами, "танцующими" в магнитном поле, является единственным механизмом формирования вспышки, который мог бы породить ту поляризацию и тот спектр гамма-всплеска, который мы наблюдали в первые мгновения после его начала. Открытие и доказательство этого является крайне важной вещью для нас, так как до этого нам не удавалось однозначно идентифицировать механизм, порождающий этот поток частиц света", — добавляет Элеонора Троя (Eleonora Troja), астроном из университета Мэриленда в Балтиморе (США).

Как отмечают астрономы, раскрытие механизма работы "самой мощной космической пушки" поможет астрономам понять, как часто возникают гамма-всплески, могут ли они рождаться в нашей Галактике и на каком расстоянии от Земли находится звезда, которая закончит свое существование подобным образом. Кроме того, это открытие указывает на то, что гамма-вспышки не являются источниками космических лучей высокой энергии, как считали раньше ученые, так как сильное магнитное поле черной дыры будет мешать их разгону.