Международная научная команда Event Horizon Telescope (EHT) продолжает исследовать сверхмассивные черные дыры, используя сеть телескопов. Первым результатом многолетнего труда стала первая в истории фотография силуэта черной дыры М87*. Затем была опубликована фотография силуэта черной дыры Sgr A* в центре нашей галактики. Следующим шагом стало изучение магнитных полей вокруг этих черных дыр. Их мощность и направление силовых линий исследовали с помощью поляризации излучения от горячего газа, который окружает эти объекты. Силовые линии магнитного поля черной дыры в центре Млечного пути весьма хорошо упорядочены и закручены в спираль. Они напоминают структуру силовых линий черной дыры M87*. Эта особенность заинтересовала авторов исследования. Ведь хотя обе черные дыры относятся к сверхмассивным, они достаточно разные. Sgr A* имеет массу в 4,3 млн солнечных, а M87* - около 6,5 млрд солнечных. При этом наша черная дыра достаточно спокойная, а M87* активно поглощает вещество. Тем не менее, строение магнитных полей у них схожее. Это позволяет больше узнать об окружении этих загадочных и впечатляющих объектов, приблизиться к физике процессов, происходящих вокруг них.
Источник света мощностью в 500 триллионов солнц, или объект J0529-4351, обнаружен на окраине вселенной «Очень большим телескопом» (ОБТ) в Чили. Этот объект является самым ярким из всех, которые ученые когда-либо находили в космосе. Это квазар, то есть активное ядро зарождающейся галактики, в центре которой находится сверхмассивная черная дыра, обладающая непомерным аппетитом. Она каждый день поглощает массу вещества, равную нашему Солнцу, и сама весит уже как 17 млрд солнц. Но светится, собственно, не сама дыра, а окружающий ее так называемый аккреционный диск, возникающий в процессе «приема пищи». Строго говоря, как пишут в издании Nature Astronomy ученые, занимавшиеся исследованием объекта J0529-4351, квазар этот был обнаружен много лет назад, но его истинные масштабы стали понятны только сейчас. «Мы обнаружили объект, истинную сущность которого сразу не распознали, хотя он много лет буквально смотрел нам в глаза, потому что ярко светился скорее всего еще до зарождения человека. Но теперь-то мы поняли, что это не просто одна из ближних звезд нашего Млечного Пути, а очень отдаленный объект», — рассказал в интервью Би-би-си руководитель проекта, сотрудник Австралийского национального университета (АНУ) Кристиан Вулф.
ОБТ — это комплекс из нескольких связанных между собой телескопов в пустыне Атакама
Квазар — это активное ядро галактики, источником энергии в котором служит сверхмассивная черная дыра, засасывающая в себя окружающую материю в огромных объемах.
По мере того, как эта материя ускоряется, приближаясь к центру черной дыры, она начинает излучать ярчайший свет, видимый на огромном расстоянии: к примеру, свет от объекта J0529-4351 шел до нас 12 млрд лет! Недаром астрономы иногда называют квазары маяками вселенной.
Впрочем, по словам ученых, в этом квазаре удивительно буквально все. Взять хотя бы яркость, в 500 с лишним триллионов раз превышающую солнечную. Свет этот излучает раскаленный аккреционный диск, сам по себе составляющий в диаметре 7 световых лет.
Поскольку в центре всех без исключения известных галактик имеется сверхмассивный объект, это скорее всего означает, что подобные объекты являются неотъемлемой частью эволюции любой галактики.
«Проще говоря, это значит, что без этих черных дыр наша галактика в том виде, в котором мы ее знаем, сегодня не существовала бы, — поясняет соавтор исследования, аспирант АНУ Сэмюэл Лай. — Да, собственно, и все галактики были бы совершенно иными без этих сверхмассивных черных дыр».
Но главная загадка заключается в том, как столь массивные черные дыры могли появиться на раннем этапе становления вселенной, когда, казалось бы, для их формирования было еще недостаточно материи.
Ученые поэтому склонны принять сценарий, по которому эти объекты возникли прямо из газа, существовавшего сразу после Большого взрыва, возможно еще до того, как образовались первые звезды.
А как такие сверхмассивные черные дыры образуются
- На самом деле ученым мало что ответить на этот вопрос. Черная дыра живет в центре гигантской массы вращающегося вокруг нее материала. В этой месиве происходят процессы интенсивного трения, которые вместе с гравитацией заставляют все нагреваться до триллионов градусов. Именно это приводит к ярким вспышкам во всем спектре света, которые улавливают и изучают земные ученые.
- Чтобы определить свойства черной дыры, ученые разбирают световой спектр по мелочам, которые могут рассказать больше, чем мы уже знаем. Скажем, австралийские астрономы подсчитали, что черная дыра у J0529-4351 растет со скоростью 370 масс Солнца в год.
- Это очень близко к границе Эддингтона – так называют максимальную стабильную скорость, с которой может питаться черная дыра. Что и позволяет ей обрести статус прожорливой. А сам квазар J0529-4351 ученые назвали самых ярких из всех, до сих пор найденных, его вспышки мощнее солнечных в 500 триллионов раз.
Команда исследователей во главе с астрофизиком Роберто Майолино из Кембриджского университета с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» смогла подтвердить наличие сверхмассивной черной дыры в сердце очень далекой галактики. Черная дыра имела массу примерно в 1,6 миллиона солнечных всего через 400 миллионов лет после Большого взрыва. Это подтверждает гипотезу о том, что ранние сверхмассивные черные дыры формировались путем прямого коллапса из огромных сгустков газа, а не посредством аккреции и поглощения материи – этот процесс занял бы куда больше времени. При этом галактика с данной черной дырой известна уже несколько лет. Она была открыта с помощью телескопа «Хаббл», и некоторое время GN-z11 была самой далекой галактикой из увиденных – расстояние от нее 13,4 млрд световых лет. Затем «Джеймс Уэбб» смог обнаружить и более ранние галактики, а GN-z11 также исследовали с помощью этого более мощного инструмента. Авторам исследования удалось разделить спектральные следы излучения, исходящего от галактики. Анализ показал соответствие спектра процессу аккреции, который происходит в ней. По сути, почти весь ее свет и обеспечен сиянием перегретой материи, которая раскручивается до невероятной скорости в процессе поглощения сверхмассивной черной дырой.
Ученые предполагают, что GN-z11 обречена. Такая ранняя активность крупной черной дыры не оставит ей шансов на дальнейшее существование. Галактика эта примерно в сто раз меньше Млечного пути. Черная дыра поглотит большую часть материи, а мощные галактические ветры, связанные с этим процессом, раздуют остатки газа, которые могли бы послужить сырьем для звезд. Таким образом, активного формирования звезд у этой галактики не будет.
Благодаря прорывам в астрономических наблюдениях ученые смогли подтвердить существование сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Недавняя публикация изображений черных дыр еще больше подогрела любопытство людей к черным дырам, предоставив дополнительные доказательства в поддержку общей теории относительности Эйнштейна. Масса этих сверхмассивных черных дыр колеблется от миллионов до миллиардов масс Солнца. Удивительно, но некоторые из этих черных дыр образовались менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Понимание того, как эти черные дыры сформировались и выросли до такой огромной массы за такой короткий промежуток времени, всегда было важной темой в современной астрофизике. Исследовательская группа, состоящая из Чи-Хон Линя и Ке-Чжун Чена из Института астрономии и астрофизики Китайской академии наук (ASIAA) и Чонгюань Хванга из Института астрономии Национального центрального университета, добилась значительных успехов в теории образования сверхмассивных черных дыр. Результаты исследования были опубликованы в Astrophysical Journal. Команда использовала моделирование слияний галактик с высоким разрешением, чтобы исследовать рост сверхмассивных черных дыр и их влияние на галактики. Ученые обнаружили, что рост черных дыр в основном происходит за счет аккреции молекулярных облаков во время слияний галактик.
Благодаря динамике гравитационных сил массивные молекулярные облака могут эффективно падать в центр галактики, быстро увеличивая скорость образования звезд в галактике и обеспечивая необходимые питательные вещества для быстрого роста черной дыры.
Это позволяет черным дырам, которые первоначально имели массу, равную нескольким миллионам солнечных масс, вырасти до миллиардов солнечных масс в течение нескольких сотен миллионов лет. Это успешно объясняет наблюдаемые свойства сливающихся галактик и их черных дыр.
Астрономы из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейне изучили квазар SDSS J0823+2418 в рамках программы Varstrometry for Off-nucleus and Dual sub-Kpc AGN (VODKA). Исследование, опубликованное 6 июня на сервере предварительной печати arXiv, дает важную информацию об истинной природе этого квазара. Красное смещение SDSS J0823+2418 составляет 1,81. Предыдущие наблюдения предполагали, что SDSS J0823+2418 может быть двойным квазаром или одиночным квазаром, гравитационно линзованным галактикой на переднем плане. Одним из методов, который мог быть полезен при проверке этих двух гипотез, является варстрометрия. "Варстрометрия основана на переменных колебаниях в астрометрическом положении центра тяжести неразрешенного источника в течение серии наблюдений. Такая сигнатура может указывать на наличие двух отдельных источников с присущей им фотометрической изменчивостью, что позволяет собирать выборки двойных квазаров-кандидатов с физическим разделением в масштабе килопарсек", - пишет Арран К. Гросс, ведущий автор исследования. Изображение SDSS J0823+2418 показывает, что объект состоит из двух источников, обозначенных N и S, которые разделены приблизительно 0,64 угловыми секундами. Предыдущие исследования выявили различия в потоках на заданной длине волны между двумя источниками. Это позволяет предположить, что SDSS J0823+2418 состоит из двух уникальных источников, образующих двойную квазарную систему. Однако исследователи отметили, что если коэффициент потока постоянен в зависимости от длины волны, то разница может быть обусловлена увеличением линзы, не зависящим от длины волны.
В ходе нового исследования были обнаружены постоянные соотношения потоков (около 1,25−1,45) между источниками N и S в оптическом, ближнем инфракрасном, ультрафиолетовом и радиодиапазонах и, следовательно, сходные спектральные распределения энергии, что предполагает сильное гравитационное линзирование. Это подтверждается последующим моделированием, показывающим, что наиболее подходящие положения и величины, полученные в результате декомпозиции изображения, соответствуют сценарию сильного линзирования.
Астрономы отметили, что SDSS J0823+2418 является одним из примерно 100 подтвержденных квазаров с гравитационными линзами и высоким красным смещением. Они подчеркнули, что их выводы относительно SDSS J0823+2418 могут проложить путь для дальнейших исследований квазаров в рамках программы VODKA.
.jpg)
.jpg)
