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.

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.

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".

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.

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.

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.