Ученые нашли подсказки к происхождению двойных черных дыр

Новое исследование показало, что на данный момент каталог известных двойных черных дыр не раскрывает ничего фундаментального о том, как образуются черные дыры. Ученые считают, что подсказки к появлению черной дыры можно найти в том, как она вращается. Это особенно верно для двойных систем, в которых две черные дыры вращаются близко друг к другу перед слиянием. Вращение и наклон соответствующих черных дыр непосредственно перед их слиянием может показать, возникли ли невидимые гиганты из тихого галактического диска или из более динамичного скопления звезд. В исследовании, опубликованном в журнале Astronomy and Astrophysics, физики Массачусетского технологического института показывают, что когда все известные двойные системы и их спины перерабатываются в модели образования черных дыр, выводы могут выглядеть совершенно по-разному, в зависимости от конкретной модели, используемой для интерпретации данных. Таким образом, происхождение черной дыры можно «раскрутить» по-разному, в зависимости от предположений модели о том, как устроена Вселенная. «Когда вы меняете модель и делаете ее более гибкой или делаете другие предположения, вы получаете другой ответ о том, как черные дыры образовались во Вселенной. Мы показываем, что людям нужно быть осторожными, потому что наши данные еще не на том этапе, когда мы можем верить тому, что говорит нам модель», — сказал соавтор исследования Сильвия Бисковяну, аспирант Массачусетского технологического института, работающий в лаборатории LIGO.

В своем новом исследовании команда Массачусетского технологического института проверила, приведут ли одни и те же данные к одним и тем же выводам при обработке немного разных теоретических моделей образования черных дыр.

Команда впервые воспроизвела измерения вращения LIGO в широко используемой модели формирования черной дыры. Эта модель предполагает, что часть двойных систем во Вселенной предпочитает создавать черные дыры с выровненными спинами, в то время как остальные двойные системы имеют случайные спины. Они обнаружили, что данные, по-видимому, согласуются с предположениями этой модели и показали пик, где модель предсказывала, что должно быть больше черных дыр с аналогичными спинами.

Затем они немного подкорректировали модель, изменив ее предположения таким образом, что она предсказывала несколько иную ориентацию предпочтительных спинов черных дыр. Когда они обработали те же данные в этой измененной модели, они обнаружили, что данные сдвинуты, чтобы соответствовать новым прогнозам. Данные также произвели аналогичные сдвиги в 10 других моделях, каждая из которых исходила из разных предположений о том, как черные дыры предпочитают вращаться.

По словам ученых, результат полностью зависит от того, как моделируется астрофизика, а не от самих данных. Они добавили, что им нужно больше данных, чем они думали, если хотят сделать заявление, которое не зависит от сделанных ими астрофизических предположений.

По оценкам ученых, как только сеть LIGO снова заработает в начале 2023 года, инструменты будут обнаруживать одну новую двойную черную дыру каждые несколько дней. В течение следующего года к данным можно добавить еще сотни измерений.

Ученые исследуют столкновения черных дыр

С 2015 года коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA обнаружила около 85 пар черных дыр, сталкивающихся друг с другом. Известно, что эти космические катастрофы происходят часто: по мере повышения чувствительности детектора ученые ожидают, что в следующем цикле наблюдений, начиная с 2023 года, они будут получать данные об этих событиях почти ежедневно. Однако ученые пока не знают, что вызывает эти столкновения. Один из способов заставить черные дыры слиться – это столкнуть их в густонаселенных средах, таких как центры звездных скоплений. В звездных скоплениях черные дыры, которые находятся очень далеко друг от друга, могут сблизиться в результате двух факторов – массовой сегрегации и динамических взаимодействий. Массовая сегрегация приводит к тому, что самые массивные объекты опускаются к середине гравитационной потенциальной ямы. Это означает, что любые черные дыры, рассеянные по всему скоплению, должны оказаться в середине, образуя невидимое «темное ядро». Динамические взаимодействия являются вторым механизмом, влияющим на сближение черных дыр. Если две черные дыры объединяются в скопление, на их взаимодействие может влиять гравитационное воздействие близлежащих объектов. Это воздействие может сблизить двойную систему. Массовая сегрегация и динамические взаимодействия, которые могут происходить в звездных скоплениях, накладывают свой отпечаток на свойства сливающихся двойных систем. Одним из ключевых свойств является форма орбиты двойной системы непосредственно перед ее слиянием. Поскольку слияния в звездных скоплениях могут происходить очень быстро, формы орбит могут быть довольно вытянутыми, похожими на сплющенный эллипс.

Команда исследователей и выпускников OzGrav работает вместе над изучением орбит двойных черных дыр. Группа, возглавляемая доктором Изобель Ромеро-Шоу, вместе с профессорами Полом Ласки и Эриком Трейном из Университета Монаша, обнаружила, что некоторые двойные системы, наблюдаемые LIGO-Virgo-KAGRA, действительно имеют вытянутые орбиты, указывающие на то, что они, возможно, столкнулись в густонаселенном звездном скоплении.

Учёные раскрыли загадку «лучей смерти» — испускаемых чёрными дырами струй высокоэнергетических частиц

С момента случайного обнаружения гамма-всплесков (джетов) в 1967 году американским военным спутником Vela учёные не прекращали гадать о природе подобных явлений. Позже выяснилось, что источником высокоэнергетических всплесков являются, в частности, чёрные дыры. Но однозначной трактовки события не было до недавнего времени, когда группа астрофизиков сообщила о фактах, подтверждающих одну из нескольких моделей ускорения джетов. Строго говоря, наибольшее распространение получили две теории ускорения джетов — видимых с Земли ярчайших вспышек во всех наблюдаемых диапазонах электромагнитных волн от рентгеновского до видимого и инфракрасного, а также в радиодиапазоне. Если бы такая вспышка возникла в нашей галактике и была направлена в нашу сторону, жизнь на Земле задуло бы как свечу во время урагана. К счастью, в галактиках они возникают крайне редко, и должно быть соблюдено непременное условие — энергетическая струя должна быть направлена на нас (собственно, в других случаях джеты банально не регистрируются). Согласно одной теории, ускорение джетов происходит в процессе изменений в магнитных полях — что-то похожее на электромагнитную линзу, которая придаёт высокоэнергетическим частицам дополнительное ускорение. Другая теория трактует ускорение частиц до околосветовых скоростей в процессе взаимодействия вещества в струе с окружающим чёрную дыру веществом. Это как с мойкой высокого давления, когда узкое сопло придаёт струе дополнительное ускорение. Выброшенные с полюсов чёрной дыры энергичные частицы сталкиваются с веществом или друг с другом, что придаёт им дополнительную энергию и ускоряет ещё сильнее.

Отметим, процесс возникновения струй (джетов) — это отдельный вопрос. Свою энергию джеты черпают из аккреционного диска — падающего на чёрную дыру вещества из окружающего пространства. Новое исследование касалось лишь вопроса ускорения частиц в струе до регистрируемых запредельных величин энергии. Загадку помог решить новый рентгеновский телескоп NASA IXPE, выведенный на орбиту 9 декабря 2021 года. Это первый в космосе инструмент, который способен измерять поляризацию рентгеновского излучения. Данные о поляризации дают возможность понять как и в каком направлении распространяются электромагнитные волны, что позволяет уточнять математические модели космических явлений.

С помощью телескопа IXPE астрофизики изучили рентгеновскую составляющую джета блазара Markarian 501 (галактика Маркарян 501 в созвездии Геркулеса). Этот объект — чёрная дыра в центре галактики — находится от нас на удалении 450 млн световых лет и ориентирован выбросом джета на Землю. Ранее поляризацию джета Маркарян 501 астрономы измерили для оптического диапазона и радиодиапазона.

Когда были добавлены новые данные о поляризации рентгеновского диапазона, выяснилось, что сильнее всего поляризация выражена именно в этом диапазоне, и она убывает по мере перехода к оптическому и радиодиапазону. Тем самым учёные обнаружили область, в которой происходит ускорение частиц струи — то самое «сопло», которое придаёт джету дополнительное ускорение.

Как показало моделирование, энергией для ускорения служит энергия ударной волны джета. Частицы струи начинают двигаться быстрее частиц окружающего вещества — подобное явление мы наблюдаем при преодолении сверхзвуковым самолётом звукового барьера — и образованная в процессе ударная волна придаёт частицам дополнительное ускорение и повышенную яркость во всех регистрируемых диапазонах.

«Это 40-летняя загадка, которую мы разгадали, — сказал Яннис Лиодакис (Yannis Liodakis), ведущий автор исследования и астроном из FINCA, Финского центра астрономии при ESO. — Наконец-то у нас есть все кусочки головоломки, и картина, которую они создают, ясна».

Это противоречит всем теориям: столкновение звезд создало объект, который не может существовать

Один гамма-всплеск, который был выпущен после столкновения нейтронных звезд, снова изменил представление ученых о том, как устроена Вселенная. Ученые изучили поток кратковременного излучения, называемый гамма-всплеском, который исходит при столкновении двух нейтронных звезд и обнаружили нечто невероятное. Оказалось, что вместо того, чтобы появилась черная дыра, как предполагают теории, появился массивный магнетар – нейтронная звезда с очень сильным магнитным полем. Но этот магнетар намного тяжелее, чем предельная масса для нейтронных звезд, то есть он просто не может существовать. И все же он находился в космосе, хоть и не долго, прежде чем превратится в черную дыру, пишет ScienceAlert. Астрономы наблюдали событие, которое противоречит всем существующим теориям. В результате столкновения двух нейтронных звезд появилась сверхмассивная нейтронная звезда с очень сильным магнитным полем. Но считается, что такое столкновение должно привести к мгновенному сжатию появившегося объекта в черную дыру под действием гравитации. Но магнетар существовал более суток, прежде чем полностью исчезнуть. По словам ученых из Университета Бата, Великобритания, такая сверхмассивная нейтронная звезда просто не может существовать так долго в космосе. Почему такое произошло остается загадкой.

Ученые изучили поток кратковременного излучения, называемый гамма-всплеском, который исходит при столкновении двух нейтронных звезд и обнаружили нечто невероятное. Оказалось, что вместо того, чтобы появилась черная дыра, как предполагают теории, появился массивный магнетар – нейтронная звезда с очень сильным магнитным полем

Нейтронные звезды представляют собой самые маленькие и самые плотные звезды во Вселенной. Они появляются в конце жизненного цикла многих звезд и представляют собой сферу диаметром примерно 20 км. Они настолько плотные, что, например, чайная ложка вещества здесь будет весить 1 млрд тонн.

Согласно теории, существует максимальный предел массы для нейтронных звезд, превышая который они превращаются в черные дыры. Такое событие, например, происходит во время их столкновения, когда две нейтронные звезды сливаются вместе на короткое мгновение, появляется очень массивная нейтронная звезда. Но она сразу же исчезает в черной дыре.

Хотя ученые спорят по поводу того, вызывает ли слияние нейтронных звезд мгновенное появление черных дыр, или все же на какие-то миллисекунды сначала появляется массивный объект, который затем превращается в черную дыру.

В рамках этого исследования ученые изучили короткий гамма-всплеск под названием GRB 180618A, который пришел к нам из галактики на расстоянии в 10,6 млрд световых лет. Эти потоки излучения исходят как раз от процесса слияния нейтронных звезд, в частности от процесса появления черной дыры. Но данные показали, что это излучение исходит все-таки от магнетара – нейтронной звезды с магнитным полем, сила которого превышает в 1000 раз силу магнитного поля обычной нейтронной звезды и в квадриллион раз больше, чем у Земли. И этот магнетар существовал в космосе невозможные 28 часов.

По словам ученых, они впервые в истории стали свидетелями такого события в космосе. Почему нейтронная звезда, которая должна была сразу же превратиться в черную дыру прожила больше суток, остается загадкой. Астрономы предполагают, что причина может скрываться в очень быстром вращении звезды и сильнейшем магнитном поле, что в совокупности на некоторое время предотвратило ее исчезновение.

Новое исследование показывает, что не всегда короткий гамма-всплеск является свидетельством появления черной дыры. Это излучение может выпускать и очень массивная нейтронная звезда, которая пусть и не долго, но все же может появиться в результате слияния двух меньших нейтронных звезд.

Астрономы обнаружили в центре карликовой галактики чёрную дыру в тот момент, когда она разорвала и поглотила звезду

Не обнаруженную ранее черную дыру заметили астрономы в другой галактике с помощью с помощью проекта Young Supernova Experiment (YSE), предназначенного для обнаружения космических взрывов и переходных астрофизических явлений. О существовании черной дыры узнали, когда она разорвала и поглотила звезду, подошедшую слишком близко. Это событие называется эпизодом приливного разрушения (TDE). В результате TDE произошла вспышка излучения такой мощности, что на время затмила все звезды в своей карликовой галактике DSS J152120.07+140410.5. Галактика находится на расстоянии 850 млн световых лет от Земли. Черная дыра, которая получила название AT 2020neh, имеет среднюю массу, поэтому обнаружить ее было бы непросто. «Это открытие вызвало всеобщее волнение, потому что мы можем использовать события приливных разрушений не только для обнаружения большего количества черных дыр промежуточной массы в тихих карликовых галактиках, но и для измерения их масс», — отметил соавтор работы Райан Фоули, доцент Калифорнийского университета в Санта-Круз. Сверхмассивные черные дыры находятся в центрах всех массивных галактик, не исключая Млечный Путь. Их масса, считают астрономы, в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца.

 По одной из теорий, в ранней Вселенной было множество карликовых галактик с небольшими черными дырами. Позже галактики объединялись, и вместе с ними сливались и черные дыры, становясь сверхмассивными.

Результаты исследования опубликованы в Nature Astronomy.

У чёрных дыр обнаружены квантовые свойства — они одновременно имеют разную массу

Группа физиков из Университета Квинсленда провела компьютерное моделирование, которое теоретически обосновало наличие у чёрных дыр квантовых свойств. Учёные взяли самую легко вычисляемую и неотъемлемую характеристику чёрной дыры — её массу, и показали, что чёрная дыра может быть одновременно тяжёлой как миллионы солнц и лёгкой как атом. Совсем как легендарный кот Шрёдингера, который и жив и мёртв одновременно. Гипотезу о дискретных значениях масс чёрных дыр (точнее, допустимых диапазонов масс подобно наличию энергетических уровней электронных орбит), в своё время выдвинул американо-израильский физик-теоретик Яаков Давид Бекенштейн. Новое исследование во многом подтвердило его теорию — математически у чёрных дыр действительно оказался чётко выраженный диапазон допустимых масс. Но что более важно, теоретический эксперимент показал суперпозицию по массам. Проще говоря, чёрные дыры с точки зрения математики (которая никогда не ошибается), имеют разные массы одновременно. «Мы хотели выяснить, могут ли [чёрные дыры] одновременно иметь дико разные массы, и оказалось, что да, — сказал ведущий автор исследования Джошуа Фу (Joshua Foo), доктор физико-математических наук из Квинслендского университета. — До сих пор мы глубоко не исследовали, демонстрируют ли чёрные дыры некоторые из странных и удивительных свойств квантовой физики».

Если чёрные дыры обладают квантовыми свойствами в отношении масс, то им присущи и другие квантовые свойства. Звучит интригующе, ведь мы до сих пор были уверены, что пересечение мира субатомных частиц с его квантовой механикой невозможно с тем миром, который мы видим и осязаем вокруг себя тем или иным образом. Оказалось, хотя это пока только математика, макрообъекты потенциально могут быть одновременно и живы и мертвы, создавать квантовую запутанность и, как следствие, проявлять квантовую телепортацию.

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.

Ученые впервые увидели, как черная дыра "стреляет" по соседней галактике

Индийские ученые смогли обнаружить, как в одной из галактик черная дыра выбрасывает в соседнюю галактику струю плазмы. Об этом сообщает Space. Из черной дыры вылетает в сторону галактики RAD12-B поток плазмы, который простирается более чем на 440 000 световых лет. Отмечается, что уникальная черная дыра находится в галактике RAD12, и ее плазменная струя "стреляет" в соседнюю галактику RAD12-B. Расположенные на расстоянии около одного миллиарда световых лет от Земли, эти две галактики находятся в процессе столкновения и слияния. Струи плазмы, которые выбрасывают черные дыры, всегда являются парным явлением. Только каждая струя вылетает в космос в разных направлениях. Уникальность ситуации с RAD12 заключается в том, что ее черная дыра, похоже, выбрасывает только одну струю, которая направлена в сторону другой галактики. "Мы рады, что обнаружили редкую систему, которая помогает нам понять обратную связь радиоизлучения сверхмассивных черных дыр со звездообразованием галактик во время слияний", - сказал руководитель исследования Ананда Хота, доцент кафедры атомной энергии Университета Мумбаи в Индии.

Ученые сотрудничают с астрономами по всему миру, чтобы изучить далекую галактику

Команда из 86 ученых из 13 стран недавно провела обширный оптический мониторинг удаленной активной галактики BL Lacertae (BL Lac). Майк Джонер, профессор физики и астрономии BYU, был одним из астрономов, участвовавших в проекте. Доктор Джонер и студент Гилван Аполонио из Университета Бригама Янга (BYU) провели более 200 наблюдений галактики с помощью 0,9-метрового телескопа-отражателя в обсерватории Уэст-Маунтин в BYU. Их измерения были объединены с наблюдениями, сделанными другими учеными по всему миру в рамках сотрудничества, известного как Whole Earth Blazar Telescope (WEBT). Используя наблюдения WEBT, сделанные летом 2020 года, астрономы обнаружили удивительно быстрые колебания яркости в центральной струе галактики BL Lac. Ученые объясняют эти изменения яркости изгибами магнитного поля струи. Их исследование было недавно опубликовано в журнале Nature. Обсерватория Уэст-Маунтин в BYU была одним из 37 наземных телескопов по всему миру, отслеживающих оптические вариации BL Lac, которая находится примерно в 1 миллиарде световых лет от нас. Джонер и Аполонио чередовали работу в разных группах по ночам в обсерватории в течение весны и лета 2020 года. Этот нетипичный график работы был необходим, поскольку наблюдения требовались каждую ясную ночь.

Джонер пояснил, что для исследования было необходимо объединить данные космических обсерваторий с данными оптического наземного мониторинга. Космические телескопы, которые используются в подобных проектах, часто нуждаются в сравнении результатов с оптическими наземными наблюдениями. Хотя Джонер является признанным экспертом в области астрофизических исследований, он говорит, что продолжает поражаться уровню детализации, который ученые достигают с помощью таких наблюдений.

«В галактическом масштабе центральная струя блазара довольно мала. Удивительно иметь возможность так ясно видеть вариации струи», - сказал он. – «Примечательно, что в наш век гигантских телескопов и космических исследований по-прежнему необходимо полагаться на скромное по размеру, но хорошо оснащенное оборудование, подобное тому, которое имеется у нас в BYU, для исследования неизвестных уголков Вселенной».

Российские ученые открыли 7 новых пульсаров

Используя радиотелескоп Пущинской радиоастрономической обсерватории (ПРАО) в России, астрономы обнаружили семь новых пульсаров и определили их основные параметры. Об этом сообщается в статье, опубликованной 18 августа на arXiv dot org. Группа российских астрономов во главе с Сергеем Анатольевичем Тюльбашевым заявила об обнаружении новых пульсаров. Открытие было сделано в рамках ежедневного обзора неба. Пульсары были обнаружены на частоте 111 МГц. Всего астрономы наблюдали 34 пульсара, и оказалось, что семь из них были идентифицированы впервые. Новые пульсары имеют периоды вращения от 0,82 до 2,09 секунд, в то время как их меры рассеивания находятся в диапазоне 15-90 пк/см3. Пульсары имеют полуширину среднего профиля от 20 до 400 миллисекунд. Было отмечено, что параметры только пяти новых пульсаров (а именно J0146+3104, J0220+3622, J0421+3240, J1242+3938 и J1721+3524) были подтверждены последующими наблюдениями. Два пульсара, обозначенные как J0220+3622 и J0421+3240, требуют дальнейшего мониторинга.

Астрономы нашли солнцеподобную звезду, которая вращается вокруг чёрной дыры

Международная группа исследователей использовала данные обсерватории «Гайя» для наблюдения за солнцеподобной звездой с необычными орбитальными характеристиками. Команда ученых считает, что звезда должна быть частью двойной системы, а ее компаньоном является чёрная дыра. Также, основываясь на полученных в ходе исследования данных, эксперты пришли к выводу, что в нашей галактике существует значительная популяция «спящих» черных дыр. Группа ученых под руководством Карима Эль-Бадри, астрофизика из Гарвардско-Смитсоновского центра астрофизики (FA), опубликовала результаты своей работы в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Исследование является частью обширной кампании по поиску скрытых чёрных дыр, являющихся компаньонами звёзд в двойных системах Млечного Пути. Для своих целей Эль-Бадри и его коллеги исследовали 168065 звёзд из третьего выпуска Gaia Data Release 3 (GDR3), орбиты которых говорили об их принадлежности к двойным системам. Ученые обнаружили многообещающего кандидата класса G - желтую звезду DR3 4373465352415301632. Эль-Бадри и его коллеги определили, что компаньон этой звезды - чёрная дыра. Проанализировав орбиту звезды, ученые выяснили, что масса ее компаньона составляет около 10 солнечных масс. Проведенная спектроскопия показала, что компаньон звезды действительно «черный».

Модели предсказывают, что Млечный Путь содержит около 100 миллионов черных дыр. Все предыдущие черные дыры, которые наблюдали ученые, испускали излучение в рентгеновском диапазоне из-за аккреции материала звезды-компаньона. Исследователи считают, что значительная часть черных дыр может находиться в двойных системах, где звезда и черная дыра разделены большими расстояниями.

Если данные подтвердятся, это может означать, что в Млечном Пути обитает большое количество «спящих» чёрных дыр. Это относится к черным дырам, которые не проявляют себя яркими дисками, вспышками излучения или джетами. Тем не менее, возможно, что именно эта «спящая» чёрная дыра является аномалией. Эксперты ожидают следующего набора данных от «Гайи», GDR 4, чтобы подтвердить свои выводы.

Исследователи обнаружили источник гамма-лучей в соседней галактике

Международная группа исследователей пришла к выводу, что небольшая карликовая галактика-спутник Млечного пути может быть причиной возникновения области гамма-излучения, видимой в центре нашей галактики. В центре Млечного пути находятся 2 огромных пузыря гамма-излучения, охватывающих 50 000 световых лет в поперечнике. Они были обнаружены с помощью космического гамма-телескопа Fermi около 10 лет назад. Источник этого явления, имеющего форму песочных часов, остается неясным. Эти пузыри Ферми испещрены несколькими загадочными субструктурами с очень ярким гамма-излучением. Одно из самых ярких пятен, называемое коконом Ферми, находится в южном пузыре. Первоначально считалось, что оно связано с прошлыми вспышками сверхмассивной черной дыры галактики. Международная группа исследователей проанализировала данные космических телескопов GAIA и Fermi, которые показали, что кокон Ферми на самом деле образован излучением карликовой галактики Стрелец. Учитывая, что Стрелец находился в состоянии покоя, было выявлено всего несколько причин для его гамма-излучения:1) популяция неизвестных миллисекундных пульсаров; 2) аннигиляция темной материи.

Пульсары - это быстровращающиеся нейтронные звезды, которые являются остатками более массивных звезд. Обладая сильным магнитным полем, они выбрасывают мощные потоки частиц и излучения, в том числе в рентгеновском и гамма-диапазонах.

Ученые в своем исследовании продемонстрировали, что гамма-кокон может быть объяснен миллисекундными пульсарами, и опровергли объяснение темной материей.

Их открытие определяет миллисекундные пульсары как эффективные ускорители высокоэнергичных электронов и позитронов, а также предполагает, что аналогичные физические процессы могут происходить в других карликовых галактиках-спутниках Млечного Пути.

«Это важно, потому что исследователи темной материи долгое время считали, что наблюдение гамма-лучей с карликового спутника является неопровержимым доказательством аннигиляции темной материи. Наше исследование заставляет пересмотреть возможности излучения высокой энергии неподвижными звездными объектами, такими как карликовые сфероидальные галактики, и их роль в качестве основных целей для поиска аннигиляции темной материи», - сообщили ученые.

Пара сверхмассивных черных дыр может быть обречена на столкновение в течение следующих 3 лет

Странное поведение галактики, расположенной на расстоянии около миллиарда световых лет от нас, указывает на то, что в ней может произойти одно из самых ожидаемых событий в современной астрономии. Об этом рассказывает ScienceAlert. Колебания света из центра галактики SDSS J1430+2303 подозрительно похожи на пару сверхмассивных черных дыр с суммарной массой около 200 миллионов солнц, которым суждено неизбежно столкнуться друг с другом. Понятие "неизбежно" в космическом понимании часто может растягиваться на целые жизни. К счастью, в данном случае астрономы предполагают, что если сигнал действительно является результатом столкновения колоссальных черных дыр, то они сольются в течение следующих трех лет. Возможно, это наш лучший шанс увидеть столкновение двух сверхмассивных черных дыр... но мы все еще не знаем, происходит ли именно это событие в сердце J1429+2303. Ученые советуют наблюдать за этой странной галактикой, чтобы узнать, можно ли ее окончательно определить. Первое обнаружение сталкивающихся черных дыр в 2015 году открыло новую эру в астрономии. С тех пор было обнаружено еще много новых объектов благодаря гравитационным волнам, которые эти массивные события посылают рябью сквозь пространство-время. На сегодняшний день почти все эти слияния были парами черных дыр с массами, сравнимыми с массами отдельных звезд. Для этого есть очень веская причина. LIGO и Virgo, гравитационно-волновые приборы, ответственные за обнаружение, рассчитаны как раз на этот диапазон масс.

Более мощные ряби, генерируемые при движении по спирали и столкновении сверхмассивных черных дыр, масса которых в миллионы и миллиарды раз превышает массу Солнца, находятся в диапазоне частот, слишком низком для наших современных обсерваторий.

Однако слияние пары сверхмассивных черных дыр было бы чрезвычайно приятным явлением для наблюдения. Даже без детектора, способного улавливать низкочастотные гравитационные волны, ученые ожидают увидеть огромную вспышку света по всему спектру.

Данные, упакованные в этой вспышке, могут многое рассказать нам о том, как происходят эти события. Мы не совсем понимаем, как сверхмассивные черные дыры становятся столь большими, но есть несколько подсказок, позволяющих предположить, что одним из механизмов является слияние бинаров.

Мы знаем, что галактики имеют сверхмассивные чёрные дыры в своих центрах, и мы наблюдали не просто столкновение пар и групп галактик, а также сверхмассивные чёрные дыры, вращающиеся друг вокруг друга по обоюдным сокращающимся орбитам в центрах этих галактик после слияния. Об этом можно судить по колебаниям света, излучаемого галактическим центром этих галактик, с регулярными временными интервалами, что позволяет предположить наличие орбиты.

Это возвращает нас к J1430+2303. Ранее в этом году группа астрономов под руководством Нин Цзяна из Университета наук и технологий Китая разместила на сервере препринтов arXiv статью с описанием действительно удивительного поведения. В течение трех лет колебания в галактическом ядре становились все короче и короче, начиная с периода около года и заканчивая лишь одним месяцем.

Однако не совсем понятно, является ли происходящее в сердце J1430+2303 результатом от бинарной черной дыры вообще, не говоря уже об одной, которая вот-вот бабахнет. Галактические ядра -- странные места, выбрасывающие трудно интерпретируемые сигналы, а это значит, что возможно что-то другое может быть причиной изменчивости в сердце J1430+2303.

Чтобы попытаться разобраться в этом вопросе, астрономы обратились к рентгеновским лучам. Используя данные ряда рентгеновских обсерваторий за период в 200 дней, группа под руководством Лиминга Доу из Университета Гуанчжоу в Китае попыталась определить высокоэнергетические сигнатуры, которые мы ожидали увидеть в тесном бинаре сверхмассивных черных дыр на сокращающейся орбите.

Они действительно увидели изменения в выпускаемом галактикой рентгеновском излучении, а также, что тип излучения связан с падением железа на черную дыру. Это команда обнаружила с 99,96-процентным уровнем достоверности с помощью двух разных приборов. Излучение может быть связано с бинарными сверхмассивными черными дырами; однако команда не смогла измерить "безоговорочные" характеристики, которые подтвердили бы бинар из черных дыр.

Анализ радионаблюдений, опубликованный в июле, также не принес результатов. Итак, похоже, мы до сих пор не уверены на 100 процентов в том, что происходит с J1430+2303.

Что мы можем утверждать с уверенностью, это то, что в центре галактики, похоже, происходит что-то очень странное. В первую очередь это загадка, причем очень сочная; будь то сверхмассивная двойная черная дыра на грани столкновения, или нет. J1430+2303, похоже, заслуживает более пристального и детального внимания.

Статья была принята для публикации в журнале Astronomy & Astrophysics и доступна на arXiv.

Фотонное кольцо: взгляд на черную дыру поближе

В 2019 году ученые представили первое в истории изображение черной дыры, сделанное человечеством, — на нем темное ядро окружено огненной аурой падающего на него материала. Уже тогда они полагали, что из полученных данных можно извлечь еще более подробные изображения и идеи. По расчетам моделирования за ярким рассеянным оранжевым свечением должно оказаться тонкое яркое кольцо света, созданное фотонами, которые отбрасывает позади себя черная дыра своей сильной гравитацией. Команда исследователей во главе с Эйвери Бродериком использовала сложные алгоритмы визуализации, чтобы буквально «обновить» исходные изображения сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87. — Мы выключили прожектор, чтобы увидеть светлячков, — поясняет Бродерик, младший преподаватель Института теоретической физики и Университета Ватерлоо. — Нам удалось совершить нечто выдающееся — определить фундаментальный признак гравитации вокруг черной дыры. По словам соавтора исследования Хунг-Йи Пу, доцента Национального Тайваньского педагогического университета, «отслаивая» элементы изображения, можно четко увидеть окружение черной дыры.

Для достижения этой цели команда использовала новый алгоритм визуализации в рамках аналитической платформы телескопа Event Horizon Telescope (EHT) THEMIS, чтобы выделить и извлечь отчетливый кольцевой объект из первоначальных наблюдений черной дыры M87, а также обнаружить характерный след мощной струи, направленной из черной дыры.

Выводы исследователей подтверждают теоретические прогнозы и предлагают новые способы изучения этих загадочных объектов, которые, как полагают, находятся в сердце большинства галактик.

Черные дыры долгое время считались невидимыми, пока ученые не смогли запечатлеть их с помощью глобальной сети телескопов EHT. В 2017 году, используя восемь обсерваторий на четырех континентах, направленных в одну и ту же точку на небе и связаны друг с другом с помощью наносекундной синхронизации, исследователи EHT наблюдали две черные дыры.

Сотрудничество EHT впервые открыло сверхмассивную черную дыру в M87 в 2019 году, а затем в 2022 году - сравнительно небольшую, но неустойчивую черную дыру в сердце нашей собственной галактики Млечный Путь, названную Стрелец A* (Sgr A*). Сверхмассивные черные дыры занимают центр большинства галактик, аккумулируя невероятное количество массы и энергии в небольшом пространстве. Например, масса черной дыры M87 в два квадриллиона раз (это двойка и 15 нулей) больше Земли.

Изображение M87, представленное учеными в 2019 году, стало знаковым событием, но исследователи понимали, что могут улучшить качество изображения и получить новые сведения, приложив больше смекалки. Они применили новые программные методы для восстановления исходных данных за 2017 год в поисках феноменов, которые, согласно теориям и моделированию, скрываются под поверхностью. На новом полученном изображении видно фотонное кольцо, оно состоит из серии все более четких подколец, которые затем команда наложила друг на друга.

— Наш подход включал использование теоретического понимания того, как выглядят эти черные дыры, для построения индивидуальной модели для данных EHT, — рассказывает Доминик Пеше, член команды из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института. — Данная модель разбивает восстановленное изображение на те части, которые нас больше всего интересуют, благодаря чему мы можем изучать их по отдельности, а не в совокупности.

По словам Бродерика, результат стал возможным, потому что EHT - это «по своей сути вычислительный инструмент».

— Алгоритмы здесь так же важны, как и аппаратура. Передовые алгоритмические разработки позволили нам выделить ключевые элементы, оставшиеся области изображения при этом сохраняя в оригинальном разрешении EHT.

Выводы исследователей были опубликованы в журнале Astrophysical Journal.

Event Horizon Telescope (EHT) запечатлел далёкий блазар J1924-2914

С помощью телескопа Event Horizon Telescope (EHT) ученые запечатлели далёкий блазар J1924-2914 с беспрецедентным угловым разрешением, раскрывая ранее неизвестные детали структуры источника. Блазары — это разновидность квазаров, мощных активных галактических ядер, в которых сверхмассивные черные дыры выбрасывают релятивистские струи (джеты), направленные вдоль луча зрения наблюдателей с Земли. Изображения показывают, что из компактного квазарного ядра выходит спирально согнутая струя. Изучение источника в различных угловых масштабах стало возможным благодаря почти одновременным наблюдениям ЕНТ, работающего на частоте 230 ГГц, Global Millimeter VLBI Array (GMVA), работающего на частоте 86 ГГц, и Very Long Baseline Array (VLBA), работающей на частоте 2,3 и 8,7 ГГц. Исследование было опубликовано в The Astrophysical Journal. Ученым удалось картировать линейно поляризованное излучение во внутренней части квазара J1924-2914. «Наши снимки представляют собой изображения поляризованного излучения квазара с самым высоким угловым разрешением из когда-либо полученных. Мы видим интересные детали в сильно поляризованном внутреннем ядре источника. Морфология поляризованного излучения намекает на наличие искривленной структуры магнитного поля», - заявила Сара Иссаун, ведущий автор этого исследования.

Понимание эмиссии в J1924-2914 также очень важно для интерпретации недавно опубликованных EHT наблюдений Стрельца A*, сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей галактики.

ЕНТ обеспечивает возможность изображения активных ядер галактик на самых коротких длинах волн (около 1,3 мм) и с наивысшим угловым разрешением, когда-либо достигнутым в астрономии. Эти свойства делают ЕНТ идеальным инструментом для изучения внутренних областей струй, а также для расширения наших знаний о том, как они формируются и ускоряются.

Меняют магнитное поле, как Солнце и Земля: черные дыры снова сделали нечто невозможное

Черные дыры не могут изменять свое магнитное поле. Но новое исследование говорит об обратном. Сама по себе черная дыра не может иметь магнитное поле. Но плазма, которая ее окружает в аккреционном диске (диск из вещества, которое притягивает к себе черная дыра) имеет магнитное поле. Заряженные частицы во время вращения вокруг черной дыры его и создают. Сам поток плазмы не меняется, поэтому можно говорить о том, что магнитное поле стабильно. Но ученые из NASA обнаружили, что это магнитное поле все же изменилось, сообщает Universe Today. Для лучшего понимания магнитного поля, представьте, что это поле обычного магнита, у которого есть два полюса. Изменение магнитного поля происходит тогда, когда меняется положение этих полюсов и соответственно меняется само магнитное поле. Такое явление часто происходит у звезд. Например, у Солнца магнитное поле меняется каждые 11 лет, а у Земли магнитное поле меняется каждые несколько сотен тысяч лет. Но у сверхмассивных черных дыр изменение магнитного поля – это очень маловероятное событие.

Причина нового исследования — это внезапное изменение в очень далекой галактике

Несколько лет назад астрономы заметили внезапное изменение яркости в галактике 1ES 1927+654, которая находится на расстоянии в 239 млн световых лет от нас. Эта галактика стала примерно в 100 раз ярче в видимом диапазоне света. Позже ученые заметили всплеск яркости и в рентгеновском, и ультрафиолетовом свете.

Сначала ученые решили, что такое изменение в этой галактике произошло из-за того, что одна из звезд подошла слишком близко к сверхмассивной черной дыре. Это вызвало событие приливного разрушения из-за чего звезда распалась на части. Таким образом, поток плазмы изменился в аккреционном диске черной дыры.

Что говорят новые данные?

Но ученые из NASA провели более тщательное исследование этого события. Они заметили, что сила рентгеновского излучения становилась меньше с большой скоростью. Это излучение производят заряженные частицы, которые двигаются в сильных магнитных полях. Если излучение меняется, значит происходит и изменение в магнитном поле вокруг черной дыры, сделали вывод ученые. Также астрономы заметили, что сила видимого и ультрафиолетового света увеличивается, что может говорить о том, что части аккреционного диска черной дыры нагреваются.

Таким образом предыдущие выводы ученых о том, что изменения в центре галактики 1ES 1927+654 произошли из-за события приливного разрушения, новое исследование подвергло сомнению. Ученые из NASA считают, что все-таки все дело в том, что здесь происходит изменение магнитного поля. Когда меняются магнитные полюса в аккреционном диске, то диск нагревается более сильно, а само магнитное поле на краях диска становится слабее.

По словам ученых, из-за слабого магнитного поля заряженные частицы создают меньше рентгеновского излучения. Как только магнитное поле завершает свое изменение, то аккреционный диск черной дыры возвращается в исходное состояние.

Ученые видели подобное изменение магнитного поля впервые

"Мы впервые наблюдали изменение в магнитном поле вокруг черной дыры. Теперь мы знаем, что они могут происходить, но мы не знаем, является ли это явление распространенным среди других черных дыр. Нужно еще понять, как часто могут происходить такие изменения в магнитном поле", — говорит Сибасиш Лаха, автор нового исследования.