В 12 раз тяжелее Солнца. Астрономы, вероятно, нашли ближайшую к Земле черную дыру

Астрономы (Университет штата Алабама) проанализировали около 200 тыс. двойных звездных систем, обнаруженных космической обсерваторией Gaia. Среди них исследователи искали признаки звезд, которые вращаются вокруг массивных невидимых объектов, поглощающих звездную пыль и газ. Объекты, характеристики которых больше всего подпадали под черные дыры, исследовали более глубоко с помощью инструментов обсерватории Кека на Гавайях и Гигантского Магелланова телескопа в Чили. Известно, что гравитационное воздействие черной дыры влияет на спектр света звезды на ее орбите. Благодаря этой особенности ученые нашли видимую звезду с массой чуть меньше Солнца, которая вращается вокруг объекта, массой в 12 раз больше Солнца. Наблюдения Gaia подтвердили, что эта двойная система состоит из видимой звезды, которая вращается вокруг очень массивного объекта, 一 черной дыры. Учитывая расстояние к обнаруженной системе в 1550 световых лет, новая черная дыра является одной из самых близких к Земле среди известных науке.

Ранее исследователи нашли похожий объект в системе V Puppis на расстоянии около 960 световых лет от нас, но так и не подтвердили, что это черная дыра.

Другие массивные объекты на расстояниях чуть более 1000 световых лет от Земли также вычеркнули из списка потенциальных черных дыр.

Астрономы нашли галактику сразу с тремя сверхмассивными черными дырами

Международная исследовательская группа из университетов Геттингена и Потсдама обнаружила, что галактика NGC 6240 содержит сразу три сверхмассивные черные дыры. Уникальные наблюдения проведенные учеными показали, что черные дыры расположены очень близко друг к другу в ядре галактики. Данное исследование проливает свет на процесс образования крупнейших галактик во Вселенной. Массивные галактики, вроде Млечного Пути, обычно состоят из сотен миллиардов звезд и одной черной дыры с массой от нескольких миллионов до нескольких сотен миллионов солнечных масс в своем центре. Но в NGC 6240 совсем другая история - она ​​известна как неправильная галактика через свою причудливую форму. Галактическая система, находящаяся от нас на расстоянии около 300 000 000 световых лет - очень близко по космическим меркам - была детально изучена во всем волновом диапазоне и до сих пор считается образцом взаимодействия галактик. Ученые давно предполагали, что она появилась в результате слияния двух небольших галактик, и поэтому содержит в своем ядре две черные дыры. Эти галактики движутся навстречу друг другу на скорости в несколько сотен км / с и все еще находятся в процессе слияния. Последние исследования позволили сделать удивительный вывод - оказывается, в галактическом центре находится не две, а три сверхмассивных черных дыры. «Благодаря нашим наблюдением мы смогли доказать, что в галактической системе NGC 6240 расположены не две, как предполагалось ранее, а три сверхмассивные черные дыры в ее центре», - сообщает ведущий автор исследования профессор Вольфрам Коллачни из Геттингенского университета.

Каждая из трех черных дыр имеет массу более 90000000 Солнц. Они расположены в пространстве шириной менее 3000 световых лет, то есть менее чем в одну сотую общего размера галактики. «До сих пор никто не находил такой концентрации сверхмассивных черных дыр во Вселенной», - добавляет доктор Питер Вейльбахер из Потсдамского астрофизического института Лейбница.

Открытие этой тройной системы имеет фундаментальное значение для понимания эволюции галактик. До сих пор не было возможности даже представить, как крупнейшие и самые мощные галактики были сформированы за предыдущие 14000000000 лет - примерный возраст нашей Вселенной.

«Если процессы слияния нескольких галактик происходили одновременно, то наибольшие галактики с их центральными сверхмассивными черными дырами, развивались гораздо быстрее, - резюмирует Питер Вайльбахер. - Наши наблюдения дают первое подтверждение такому сценарию ».

Для уникальных высокоточных наблюдений галактики NGC 6240 использовался 8-метровый телескоп VLT, установленный на горе Серро-Параналь в Чили, в Паранальский обсерватории, а также трехмерный спектрограф MUSE. Благодаря сложной технологии, изображения получаются с резкостью, аналогичной космическому телескопу Хаббл, но дополнительно содержат спектр для каждого пикселя. Эти спектры и стали решающими для определения движения и масс сверхмассивных черных дыр в NGC 6240.

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.

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.

Ученые обнаружили нейтронную звезду, маскирующуюся под черную дыру

Найти черную дыру в космосе очень сложно – она не светится и находится в полной темноте. Идентифицировать ее можно по определенной пульсации, но в космосе есть объекты, подающие подобные сигналы. Одной из таких «самозванцев» ученые считают нейтронную звезду PSR J1023, маскирующуюся под ЧД. Специалисты всегда считали выплеск огромных потоков субатомных частиц характеристикой черных дыр. Однако загадочный объект, открытый недавно астрономами, испускает аналогичные импульсы. «Умирая», гигантское светило оставляет сердцевину - нейтронную звезду, продолжающую вращение. Выплески электронных и фотонных пучков объекта происходят с определенной регулярностью, действуя как «пульсар». PSR J1023 является переходным миллисекундным пульсаром, вращающимся со скоростью 1 000 оборотов в секунду. Причиной тому служит захват газа соседней подобной звезды, поэтому PSR J1023 изредка извергает струи, имитируя черные дыры.

Исследователи намерены досконально изучить принцип продуцирования нейтронными звездами плазмы. Это поможет отличать черные дыры от «самозванцев».

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.

Черные дыры могут порождать новые звезды

Черные дыры открыты астрономами уже давно, однако все еще являются крайне таинственными объектами. Астрономы выяснили, что черные дыры могут стать источником зарождения новых звезд. Ранее ученые наблюдали только обратный процесс, когда дыры поглощали ночные светила, но недавнее открытие подтвердило догадки исследователей о том, что они способны влиять на звездообразование. Как пишет научный обозреватель журнала ToDay News Ufa, доказательства были найдены в 600 млн. лет от Млечного Пути, где столкнулись две галактики. Здесь ученые обнаружили одну из сверхмассивных черных дыр, извергавшую раскаленный газ, внутри которого были найдены молодые звезды, чей возраст не превышает и 10 млн. лет. Рассуждая о дальнейшей судьбе этих светил, ученые предполагают, что они покинут родную галактику и присоединятся к другой звездной системе, когда наберут достаточную скорость. В противном случае им придется обитать в межгалактическом пространстве.

В данный момент ученые продолжают наблюдать за необычными молодыми звездами. Они, как предполагается, могут таить в себе немало интересного.

Открытие трех необычных квазаров бросает вызов теории эволюции черных дыр

Квазары представляют собой светящиеся объекты, в центрах которых расположены черные дыры, наблюдаемые через гигантские космические расстояния. Падающая на черную дыру материя увеличивает массу черной дыры и вызывает свечение квазара. В новой работе астрономы во главе с Кристиной Эйлерс (Christina Eilers) из Института астрономии Общества Макса Планка (Max Planck Institute for Astronomy, MPIA) при помощи обсерватории им. Кека, расположенной на Гавайях, открыли экстремально молодые квазары с необычным свойством: эти квазары смогли набрать массу, оцениваемую примерно в один миллиард масс Солнца, менее чем за 100000 лет. Согласно существующим моделям квазарам потребовалось бы примерно в 1000 раз больше времени, чтобы набрать такую массу, поэтому эти находки представляют большую загадку для ученых.

Эти загадочные квазары наблюдались астрономами в том состоянии, в котором они пребывали примерно 13 миллиардов лет назад, то есть примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва. Согласно существующим моделям эволюции черных дыр на формирование черных дыр такого размера, как эти квазары, требуется примерно 100 миллионов лет, однако ученые определили, что активность обнаруженных квазаров продолжается в течение не более чем 100 тысяч лет.

Чтобы определить, как долго длится активность этих квазаров, астрономы проанализировали влияние этих квазаров на их галактические окрестности – в частности, они изучили нагретые, в основном прозрачные «ближние зоны» (proximity zones) вокруг каждого квазара. «Моделируя ионизацию и нагрев газа светом, идущим от квазаров, мы можем прогнозировать, какого размера будет ближняя зона у каждого квазара, - объясняет Фредерик Дэйвис (Frederick Davies), научный сотрудник MPIA и эксперт по взаимодействию между светом, идущим от квазара, и газом межгалактического пространства. После того как квазар «включился», эти зоны растут очень быстро. – Всего лишь через 100000 лет квазары должны иметь широкие (зеленый график на фото) ближние зоны ».

К удивлению Дэйвиса, три этих квазара имеют очень небольшие (желтый график на фото) ближние зоны – что указывает на то, что они находятся в фазе активного квазара в течение не более чем 100000 лет.

На следующем этапе своего исследования Эйлерс и ее команда собираются попытаться обнаружить новые квазары с такими же аномалиями развития, как и у этих трех квазаров. Такое обнаружение могло бы свидетельствовать о том, что значительная часть известных ученым квазаров на самом деле намного моложе, чем считалось, указывают авторы.

Астрономы выяснили, когда черные дыры закутываются в "шубу"

Процесс слияния галактик заставляет сверхмассивные черные дыры в их центрах "скрываться" от всего остального мира, окружая себя плотным коконом из пыли, который не проникают даже их мощные выбросы света и частиц высокой энергии, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS. "Чем ближе слияние к завершению, тем толще будет эта шуба. Сверхмассивные черные дыры растут со сверхвысокой скоростью во время подобных слияний. Те данные, которые мы собрали в ходе этих наблюдений, помогут нам приблизиться к раскрытию загадки того, как влияют друг на друга галактики и черные дыры", — рассказывает Клаудио Риччи (Claudio Ricci) из Католического университета Чили в Сантьяго. Считается, что в центре большинства крупных галактик существует, по крайней мере, одна сверхмассивная черная дыра. Причины образования этих объектов пока не совсем ясны. Наблюдения за искривлением пространства вокруг них позволяют говорить о том, что типичная масса сверхмассивных черных дыр находится в диапазоне от миллиона до нескольких миллиардов масс Солнца.

Астрономы изучают подобные объекты уже несколько десятилетий, наблюдая за ними в радиоволновом и рентгеновском диапазонах. Наблюдения за подобными "тяжеловесами" затруднены тем, что они нередко скрываются от нашего взора под толстой "шубой" из пыли и газа, окружающей ядра галактик.

Как рассказывает Риччи, то, как эта "шуба" исчезает и появляется, сегодня является предметом ожесточенных споров среди астрономов. По его словам, сегодня многие ученые считают, что пыль и газ из подобного "кокона" является основным источником пищи для черных дыр, помогающим им расти очень быстро, однако пока никому не удавалось доказать, что это так, и понять, откуда берется эта пыль.

Пылевая "шуба"

Проблема заключается в том, что пыль, звезды и другие объекты могут находиться на орбите черной дыры очень продолжительное время, не падая в нее, что должно ограничивать ее аппетиты и скорость роста. Тем не менее, многие черные дыры в центрах галактик, судя по яркости их выбросов, растут с очень высокой скоростью, каким то образом поглощая эту пыль. Возникает вопрос – что может толкать эту пыль в сторону черной дыры?

Риччи и его коллеги сделали первый шаг к раскрытию этой тайны, проследив за несколькими десятками сливающихся галактик при помощи орбитального телескопа NuSTAR и нескольких других рентгеновских обсерваторий НАСА и ЕКА.

Эти наблюдения раскрыли интересную закономерность – чем ближе были галактики к полному слиянию, тем больше пыли присутствовало в окрестностях черной дыры. Во многих случаях пыли и газа было так много, что выбросы черных дыр оказывались полностью закрытыми для нас, и были видны только в жесткой части рентгеновского спектра, в которой пыль является "прозрачной".

Как полагают ученые, формирование подобных пылевых коконов вокруг сливающихся черных дыр было связано с тем, что их гравитационные взаимодействия "тормозят" пыль и заставляют ее "падать" в сторону центра будущей единой галактики. В это время, как считают Риччи и его коллеги, черные дыры могут набирать большую часть своей массы.

Что интересно, открытие подобных пылевых "коконов" противоречит популярной на сегодняшний день теории о том, что сливающиеся черные дыры окружает толстый "бублик" из газа и пыли, периодически закрывающий их от нашего взора. Если результаты наблюдений Риччи и его коллег подтвердятся, то тогда астрофизикам придется пересмотреть общепринятые теории эволюции галактик и переоценить роль сверхмассивных черных дыр в их жизни.

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.

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.

Ученые выяснили, как ведут себя черные дыры-"бублики"

Физики выяснили, что черные дыры в пяти измерениях могут превращаться в необычные "бублики", распад которых позволил бы заглянуть за горизонт событий и увидеть внутреннюю часть черной дыры, что считалось невозможным с точки зрения теории относительности.

Физики-теоретики построили первую модель экзотической черной дыры-"бублика", которая, как оказалось, будет нарушать постулаты теории относительности Эйнштейна в пяти и более многомерном пространстве, и будет видна для наблюдателей извне, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

"Если так называемые голые сингулярности существуют, то тогда общая теория относительности просто перестает работать. И если она больше не работает, то падает вся построенная физика – мы больше ничего не сможем предсказать, что происходит во Вселенной. В таком случае мы больше не сможем воспринимать ОТО в качестве единственной теории, описывающей поведение бытия", — заявил Саран Туньясувунакул (Saran Tunyasuvunakool) из Кембриджского университета (Великобритания).

Туньясувунакул и его коллеги заявляют, что подобные "голые сингулярности" могли бы существовать во Вселенной, если бы у нее было пять или более измерений, просчитав поведение крайне необычной черной дыры при помощи суперкомпьютера COSMOS в Кембридже.

Как объясняют ученые, теория относительности предсказывает, что во Вселенной могут существовать так называемые сингулярности – точки, обладающие бесконечно высокой плотностью и какой угодно массой. Частным случаем сингулярности являются хорошо известные всем черные дыры.

Такие объекты, в соответствии с принципом "космической цензуры" Пенроуза-Хокинга, невозможно увидеть, так как они будут отделены от всей остальной Вселенной горизонтом событий – сингулярность находится внутри воображаемой сферы, из которой даже свет не сможет выбраться из-за сверхсильного притяжения черной дыры. Исполнение этого принципа крайне важно для физики, так как открытие "голой сингулярности", хотя бы в теоретическом виде, будет означать, что вся современная физическая наука является неправильной.

В начале 2000 годов, по словам авторов статьи, физики обнаружили, что горизонт событий у сингулярности может быть не только сферообразным, но и похожим на своеобразный "бублик", если исходный материал, из которого родилась черная дыра, вращался достаточно быстро, и если Вселенная включает в себя не четыре, а пять и более измерений. Такая черная дыра будет крайне нестабильной, и структура ее горизонта событий будет постоянно меняться.

Туньясувунакул и его коллеги решили проверить, будет ли работать теория относительности и "космическая цензура" для таких объектов, создав компьютерную модель подобной черной дыры в пятимерном пространстве.

Как показали эти расчеты, возможны два сценария поведения такой сингулярности, "хороший" и "плохой". Первый подразумевает превращение "бублика" в обычную сферическую черную дыру, а второй – рождение "голой сингулярности".

События развиваются по первому сценарию в том случае, если "бублик" горизонта событий у этого объекта является изначально достаточно толстым. В таком случае после формирования черной дыры по кольцу будут идти своеобразные "волны", оно начнет сжиматься с разных сторон и в конечном итоге сколлапсирует в сферу.

Однако если это кольцо будет изначально тонким, то такие деформации приведут к появлению своеобразных "бугров" в некоторых его частях и утончению "бублика" в других его участках. В конечном итоге кольцо разорвется на "капли", и возникнет голая сингулярность, которую в принципе можно будет увидеть.

Таким образом, можно говорить, что принцип "космической цензуры" и общая теория относительности могут гипотетически нарушаться в пятимерном пространстве. Мы, как сегодня считают физики и как считал сам Эйнштейн, живем в четырехмерном пространстве, поэтому в принципе ОТО ничего не угрожает, так как астрономы вряд ли найдут подобные черные дыры-"бублики".

Тем не менее, как подчеркивают Туньясувунакул и его коллеги, такая вероятность все же имеется — теории струн предсказывают, что мы на самом деле живем не в четырехмерном, а в 11-мерном пространстве, семь измерений которого "свернуты" и невидимы для нас. Проверить существование этих измерений, как надеются исследователи, поможет обновленный БАК, где в конце прошлого года ученые зафиксировали первые возможные следы "новой физики", не укладывающейся в стандартную картину Вселенной.