Бледнеть очень быстро квазары заставляет «голод»

Две группы астрономов попытались выяснить, что заставляет квазары – одни из ярчайших объектов во Вселенной – терять свою яркость буквально за несколько лет. Свои статьи ученые выложили на портале препринтов ArXiv. Квазары – сверхмассивные черные дыры в центрах галактик – заметны на очень больших расстояниях. Источником их свечения астрономы считают аккреционные диски – вращающиеся вокруг квазаров массы нагретого вещества. Предполагается, что такая структура должна светиться на протяжении миллионов лет и плавно угасать за десятки тысяч лет. Но в 2014 году американские астрономы обнаружили квазар, который стал практически невидим менее чем за десять лет. После этого открытия ученые стали предлагать различные объяснения: квазар могло закрыть от наблюдателей массивное облако пыли или, возможно, за квазар приняли вспышку звезды, подошедшей слишком близко к черной дыре. Однако позднее астрономы заметили еще несколько квазаров, чья яркость снижалась даже быстрее, чем у открытого в 2014 году.

Авторы двух недавних исследований полагают, что причина снижения яркости квазаров – уменьшение количества газа и пыли в их аккреционных дисках. Одна группа ученых, которой руководил астроном из Научно-технического университета Китая Чжэньфэн Шэн, изучила свет десяти быстро «побледневших» квазаров в оптическом и инфракрасном диапазонах. Так как видимое излучение аккреционного диска вызывает свечение окружающей материи в инфракрасном диапазоне, тот факт, что интенсивность видимого изучения снизилась раньше, чем инфракрасного, говорит о том, что причиной его стала именно нехватка вещества в аккреционном диске.

Авторы другой статьи, написанной под руководством астронома из Льежского университета Дамьена Хатсемекерса, исследовали свет одного быстро погасшего квазара. Они хотели проверить, могла ли яркость снизиться из-за прохождения облака пыли. Если это действительно так, то значительная часть света квазара должна была стать поляризованной. Однако доля поляризованного света до и после снижения яркости не различается, то есть оно вызвано внутренними процессами в квазаре, а не облаком пыли.

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.

Ученые рассказали о новых черных дырах - тихих убийцах

В ходе исследования космических тех группа ученых обнаружила новый вид черных дыр. По мнению астрофизиков, такие черные дыры, как объект, найденный неподалеку от шарового скопления М15 в созвездии Пегаса. На сегодняшний день известно, что во Вселенной «обитают» черные дыры совершенно разных типов: некоторых из них – сверхмассивные – находятся в центре галактики, другие, к примеру, прячутся в газовых скоплениях или скоплениях звезд. Последние активно поглощают все вокруг, питаясь за счет рядом расположенных космических объектов. При этом, добавили ученые, не все черные дыры считаются активным, ведь некоторые из них одновременно могут «поедать» соседнюю звезду и вести себя тихо. Такие черные дыры получили название «тихие убийцы». Одной из них является черная дыра, найденная астрофизиками во время изучения созвездия Пегаса. 

Рядом со скоплением шарового скопления М15 учеными был зафиксирован едва заметный источник рентгеновского изучения, исходящий из космического объекта. Ранее астрономы были уверены, в телескопы они смогли запечатлеть сигналы какой-нибудь незнакомой далекой галактики. Однако, позднее добавили астрофизики, объектом оказалась черная дыра. Телескопы смогли зафиксировать «тихого убийцу», поедающего расположенную совсем неподалеку маленькую звезду. По статистическим сведениям ученых, в общей сложности в галактике может находится несколько миллионов черных дыр такого вида.

Астрофизики МГУ открыли оптический джет в черной дыре

Сотрудники физического факультета и Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга МГУ имениМ. В. Ломоносова доказали существование оптического джета — потока частиц, выталкиваемых гравитационными силами черных дыр, — в микроквазаре V404 Cyg. Микроквазары (рентгеновские двойные звезды) — это двойные звездные системы, в которых остаток первой звезды, сжатый в темный компактный объект (такой как нейтронная звезда или черная дыра), гравитационно связан со второй звездой-гигантом. Около черных дыр возникает мощное рентгеновское излучение, которое, попадая на поверхность звезды-гиганта, прогревает ее. Это происходит редко и длится в течение нескольких недель, однако для ученых это мощная оптическая вспышка, излучение которой не поляризовано. После таких вспышек звезда «засыпает» на неопределенное время. Именно так микроквазар V404 после активности в 1979 году «заснул» на 30 лет.

Микроквазар — двойная звездная система

В ходе работы ученые обнаружили, что поляризация микроквазара V404 меняется, а это значит, что во время «сна» гиганта на первый план выходит нетепловое излучение джета, имеющего совсем иную, синхротронную, природу и другой механизм энерговыделения. Это и зарегистрировали авторы работы, проведя наблюдения на телескопах-роботах Глобальной сети МАСТЕР. Результаты своей работы ученые опубликовали в журнале Astrophysical Journal.

«Долговременные радио- и рентгеновские наблюдения показали, что между вспышками микроквазар спит, но не совсем. Удалось обнаружить нетепловое поляризованное радио- и рентгеновское излучение, возникающее, по‑видимому, не в диске, а в джете плазмы, ускоряемом вдоль оси вращения диска», — рассказал один из авторов статьи Владимир Липунов, доктор физико-математических наук, профессор кафедры астрофизики и звездной астрономии отделения астрономии физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова и заведующий лабораторией космического мониторинга Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга МГУ имени М.В. Ломоносова.

Летом 2015 года с помощью шести телескопов-роботов гамма-обсерватории Свифт учёные вновь зафиксировали активность микроквазара, однако его блеск в оптическом диапазоне увеличился в сотни раз, а в рентгеновском диапазоне — в миллионы. Через несколько недель ученые выяснили, что V404 линейно поляризован межзвездной пылью, которая рассеивает свет не изотропно: пылинки выстраиваются вдоль магнитных силовых линий, словно магнитные стрелки.

«Самое поразительное в том, что мы нашли два эпизода, продолжительностью не больше нескольких часов, когда поляризация микроквазара стала меняться. Но ведь межзвездная поляризация не может так быстро меняться. Следовательно, это какое-то собственное поляризованное излучение микроквазара. Оказалось, что поляризация нарастала в те моменты, когда оптический блеск системы падал, как будто в системе есть слабый источник сильно поляризованного света, и его вклад при падении общей яркости становится важным, и общее излучение дополнительно поляризуется», — объяснил ученый.

Ученые сделали прорыв в науке и вычислили вес черной дыры

Сотрудники южнокорейской обсерватории Eso нашли способ измерить вес гигантской черной дыры. Для этого они решили исследовать движение угарного газа. По данным ученых, наблюдая за движением молекулярного газа вокруг дыры, можно измерить силу тяготения и вычислить ее массу, сообщает «ПолитЭксперт». Так, по данным специалистов, вес черной дыры в галактике NGC 4526 равен массе 500 тысяч солнц.

Ранее астрономы не раз пытались измерить черные дыры, но использовали другие методы. Прежние способы расчета работали не со всеми галактиками.