Откуда берутся сверхмощные черные дыры?

Канадские астрономы Западного университета в Онтарио выяснили, как возникают сверхмассивные черные дыры. Благодаря механизму происхождения в очень ранней Вселенной, объекты были на активной стадии роста. В сравнении с обычными черными дырами, сверхмассивные — не возникают из-за вспышки сверхновой. Пока неизвестны точные причины их возникновения. Специалисты решили задачу, которая возникает с пределом Эддингтона. Последний накладывает ограничения на скорость поглощения (аккреции) вещества черной дырой. Масса миллиарда солнц вмещается в сверхмассивные черные дыры. Предполагалось, что рост объектов происходит в коротком промежутке времени — 800 млн лет (с момента возникновения Вселенной). Когда темпы аккреции очень большие, то происходит давление излучения в диске. В свою очередь диск образует вокруг черной дыры, интенсивное истечение вещества прочь из гравитационного поля. По теории, прямому коллапсу с происхождением черных дыр поддавались облака межзвездного газа. На ранних стадиях развития Вселенной создавались особенные условия. В результате некоторые облака коллапсировали лишь в то время, когда их общая масса становилась равной массе 100 тысяч Солнц. Вследствие сжатия появлялись короткоживущие квазизвезды, а после них крупные черные дыры, становившиеся зачатком для более массивных.

После прямого коллапса дыры стали очень активно «есть» вещество вокруг себя. В то время как скорость поглощения на некоторый период, примерно на 150 миллионов лет, становилась супер-Эддингтоновской. Это означает — большая часть вещества пропадала за горизонтом событий. Она ничего такого не излучала, что могло нарушить аккрецию. Позже в результате этого, излучение от ближайших звезд и других черных дыр остановило супер-Эддингтоновскую аккрецию.

Темная материя может состоять из первичных черных дыр, считают ученые

Астрономы, изучающие движение галактик и особенности реликтового излучения, в последнем столетии пришли к выводу о том, что большая часть материи во Вселенной является невидимой. Примерно 84 процента материи космоса представляет собой темную материю, большая часть которой сосредоточена в гало, окружающих галактики. Она получила название «темная материя», поскольку не излучает свет, однако этим ее таинственность не исчерпывается – темная материя также не состоит из атомов или их компонентов, таких как электроны и протоны. Одна из версий происхождения темной материи связывает ее с первичными черными дырами, гипотетическими объектами, возникшими в ранней Вселенной в результате стремительно развивающихся процессов, таких как космическая инфляция или прямой коллапс первичного газа. В новой работе астрономы во главе с Киронгом Чжу (Qirong Zhu) из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, попытались проверить эту гипотезу, используя в качестве критерия проверки распределение плотности в гало галактик. Согласно команде Чжу, в том случае если гало галактик состоят из первичных черных дыр, распределение плотности в них будет отличаться от распределения плотности в гало галактик, состоящих из экзотических частиц.

Исследователи считают, что в качестве объектов таких наблюдений следует выбирать тусклые карликовые галактик, поскольку для них эти эффекты изменения распределения плотности будут выражены в наибольшей степени. Чжу и его команда в своей работе провели сеанс компьютерного моделирования, чтобы проверить, могут ли карликовые галактики помочь обнаружить присутствие первичных черных дыр – и пришли к утвердительному выводу. Согласно авторам взаимодействия между звездами и первичными черными дырами гало галактик могут слегка изменить распределение звезд в них.

Необъяснимые свойства черной дыры

Одним из самых загадочных явлений во Вселенной уже полсотни лет остаются черные дыры. Мы точно не знаем, откуда они взялись и зачем они нужны, однако ученые твердо уверены: решение загадки черных дыр станет тем днем, когда человечество подчинит себе весь космос. Пока же физики могут только предполагать, зачем именно эти невероятные образования «пожирают» звезды и как им удается изменять время.

Творцы

Черные дыры создают новые вселенные. Скорее всего. Такую теорию активно продвигают физики в последний год, а первым эту странную идею высказал Стивен Хокинг. Дело в том, что сингулярность черных дыр нарушает существующие физические законы, а значит их деятельность регулируется в других вселенных. Тех, которые сами дыры и порождают.

Исчезновение

Ученые не могут понять, как именно пропадают черные дыры. Тот же Хокинг еще в 1974 году выяснил, что со временем черная дыра пропадает в окружающем пространстве — но куда она девается никто не понимает.

Замедление времени

Еще одна необъяснимая особенность этих странных космических образований заключается в их способности замедления течения самого времени. Теоретически, у самого горизонта событий черной дыры время для космонавта будет двигаться так быстро, что он может переместиться в будущее.

Контроль населения

Формирование звезды происходит, когда остывает газовое облако. Но излучение черной дыры не дает облакам остывать и тем самым регулирует количество существующих во вселенной звезд. Физики считают, что в этом и может быть практическое назначение черных дыр.

Они громкие

В конце 2003 года астрономы «услышали» странный шум, исходящий от огромной черной дыры в 250 миллионах световых лет от нас. Сейчас предполагается, что черная дыра издает звуки, преобразовывая вещество в энергию.

Источник энергии
Самые смелые физики утверждают, что когда-нибудь человечество научится использовать черные дыры в качестве неиссякаемого источника энергии. Преобразование атомов в субатомные частицы и в самом деле выделяет в пятьдесят раз больше энергии, чем известный нам ядерный синтез.

Игра в бисер

Наш мир немного напоминает конструкторы Lego: все в нем создано из одних и тех же деталей — атомов. Но без черных дыр, которые буквально разбирают материю на составные части, не было бы и субатомных элементов, из которых рождаются звезды. По сути, черная дыра — господь бог в интерпретации физиков.

Сверхмассивные черные дыры могут поглощать по одной звезде в год

Исследователи из Колорадского университета в Боулдере, США, открыли механизм, который объясняет устойчивость асимметричных звездных скоплений, окружающих сверхмассивные черные дыры в некоторых галактиках, и позволяет сделать прогноз, согласно которому в период объединения столкнувшихся галактик звезды, обращающиеся вокруг центральной сверхмассивной черной дыры (СМЧД) могут быть поглощены ею и разрушены с частотой порядка одной звезды в год. Гравитация СМЧД формирует околоядерное скопление звезд, которое в соответствии с физикой гравитации должно иметь сферическую симметрию. Однако в некоторых галактиках – включая близлежащую галактику Андромеда – ученые наблюдали вместо сферических скоплений звезд асимметричные скопления, принимающие форму диска. Предполагается, что эксцентричный диск формируется вскоре после столкновения между двумя богатыми газом галактиками.

Внутри этого диска каждая звезда движется по эллиптической орбите, плоскость которой поворачивается относительно черной дыры с течением времени. Орбиты звезд часто накладываются друг на друга и изменяются в результате взаимодействия между звездами. В конечном счете эти изменения накапливаются, и одна из взаимодействующих звезд оказывается расположена слишком близко к черной дыре.

«Мы прогнозируем, что в период после галактического столкновения СМЧД будет поглощать по одной звезде в год, - сказал один из авторов работы Хизер Вернке (Heather Wernke), студент магистратуры Колорадского университета в Боулдере. – Это примерно в 1000 раз чаще, по сравнению с предыдущими оценками».

Эти находки подтверждают наблюдениями предположение о том, что некоторые галактики, в центре которых имеется СМЧД, демонстрируют более высокие скорости поглощения звезд, чем остальные галактики, а также показывают, что эксцентричные околоядерные диски могут быть распространены чаще, чем предполагалось.

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".

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.

Ученые считают, что Вселенная «находится» в черной дыре

В ученом сообществе появилась новая гипотеза, согласно которой наша Вселенная может находиться внутри гигантской черной дыры. Природа сверхмассивных черных дыр до конца не изучена. Именуемые в узких кругах специалистов как область пространства-времени гигантские ЧД породили множество догадок и предположений. Например, некоторые эксперты уверены, что эти объекты не что иное, как «двери» в другие миры. Однако эти рассуждения не возникли на пустом месте. Известно, что плотность сверхмассивных черных дыр очень низкая. Так, черная дыра в центре Млечного Пути по плотности меньше чем вода, а гигантская ЧД в центре галактики NGC 4889 в созвездии Волосы Вероники уступает по плотности воздуху. Низкая плотность черных дыр обусловлена гравитационным радиусом, который у этих объектов прямо пропорционален массе. Это значит, что чем массивней черная дыра, тем больше она похожа на призрака.

Данную закономерность можно наблюдать и при сравнении гравитационного радиуса и плотности Вселенной. Но специалисты отмечают, что один этот вывод не является доказательством того, что мы живем внутри сверхмассивной ЧД.

Космический филамент близ центральной черной дыры нашей Галактики

Центр нашей Галактики являлся предметом многочисленных исследований на протяжении многих лет, однако он до сих пор полон сюрпризов для ученых. Недавно таким сюрпризом для астрономов стало обнаружение структуры, напоминающей по виду змейку, близ центральной сверхмассивной черной дыры Галактики. В 2016 г. близ центра Млечного пути был обнаружен необычный изогнутый филамент длиной 2,3 светового года, который располагается рядом с центральной сверхмассивной черной дырой Галактики, называемой Стрелец А. Теперь в новом исследовании команда астрономов во главе с Марком Моррисом (Mark Morris) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, США, используя новый метод, получила снимки этой структуры при помощи радиотелескопа Very Large Array в самом высоком доступном на сегодняшний день пространственном разрешении. Эти новые снимки позволяют более подробно проследить этот филамент почти до самой сверхмассивной черной дыры Стрелец А и показывают, что филамент происходит именно из ее окрестностей.

Согласно команде Морриса существуют три основные версии происхождения этого филамента. По первой из этих версий «змейка» появилась в результате выбрасывания заряженных частиц из окрестностей этой сверхмассивной черной дыры под действием магнитных полей. Вторая версия связана с теорией так называемых космических струн, гипотетических объектов, длинных и экстремально тонких, которые способны переносить массу и электрические заряды. Согласно этой версии обнаруженный филамент представляет собой как раз такую космическую струну. Третья версия предполагает, что сверхмассивная черная дыра Стрелец А и обнаруженная «змейка» вообще никак не связаны между собой. Последняя версия является наименее вероятной из трех, считают исследователи.

Для того чтобы определиться в пользу одной из этих версий, потребуются дополнительные исследования, указывают Моррис и его коллеги.

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.

Астрономы раскрыли секрет "пушистости" хвостов черных дыр

Британско-русские астрономы выяснили, почему выбросы некоторых сверхмассивных черных дыр похожи по своей форме на гигантские уши или широкий луч фонарика, а не на узкую линию лазерной указки, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy. "Когда узкий джет черной дыры распадается и превращается в широкий газовый хвост, выделяется огромное количество тепла, благодаря чему он становится хорошо заметным для телескопов. Эти выбросы обладают столь высокой яркостью, что иногда они светят ярче, чем вся остальная галактика, и их гораздо проще заметить, чем саму черную дыру, чье положение чаще всего определяется косвенным путем", — рассказывает Костас Гургулиатос (Kostas Gourgouliatos) из университета Лидса (Великобритания). Сверхмассивные черные дыры существуют в центре практически любой галактики. В отличие от черных дыр, возникающих при коллапсе звезд, их масса в несколько миллионов раз больше солнечной. Они периодически поглощают звезды, другие небесные тела и газ, и выбрасывают часть захваченной материи в виде джетов — пучков разогретой плазмы, движущихся с околосветовой скоростью.

Эти выбросы, как сегодня считают астрономы, являются результатом того, что черные дыры не способны поглощать материю в неограниченных количествах. Существует некая граница, которую астрофизики называют пределом Эддингтона, при достижении которой материя начинает скапливаться в окрестностях черной дыры в виде горячего "бублика" из материи, диска аккреции. Внутри него частицы материи трутся друг об друга, разогреваются до сверхвысоких температур и часть из них выбрасывается черной дырой в космос в тот момент, когда они достигают границы между дырой и "бубликом".

В некоторых случаях эти выбросы имеют форму не узкой линии света, а своеобразного конуса, похожего по форме на широкий луч фонаря или прожектора, благодаря которым мы можем видеть многие галактики, расположенные слишком далеко от нас для того, чтобы за ними можно было наблюдать напрямую. Самые широкие выбросы подобного типа ученые часто называют "ушами" черных дыр из-за их необычной формы. Внезапное превращение узких потоков плазмы в подобные широкие лучи было загадкой для ученых, так как этому должны мешать свойства межзвездной и межгалактической среды.

Гургулиатос и Сергей Комиссаров, выходец из России и его коллега по университету, нашли объяснение этому феномену, создав компьютерную модель выбросов черной дыры, которая учитывала в себе одно важное свойство джетов, которое раньше игнорировалось в подобных расчетах.

Как отмечают ученые, для упрощения моделей ученые раньше считали, что джет имеет идеально цилиндрическую форму, и что его толщина никак не меняется при удалении от черной дыры. Последние наблюдения за центрами галактик при помощи мощнейших радиотелескопов и интерферометров показывают, что это не так – джет часто имеет "закрученную" форму и внутри него могут присутствовать особенно плотные и относительно разреженные зоны.

"Джеты у подобных черных дыр похожи по своей форме не на цилиндры, а на вытянутые овалы, благодаря чему внутри них возникает особая искривленная пограничная зона, "слабое звено" в структуре джета. Внутри этой зоны возникают очаги нестабильности, которые движутся в сторону черной дыры и сходятся, формируя точку, которую мы называем "зоной локализации", — продолжает астроном.

Она является границей между "нормальной" половиной джета, расположенной ближе к черной дыре, и той его частью, где тонкий пучок плазмы распадается и превращается в конус под действием турбулентности. Свойства межгалактической и межзвездной среды на этот процесс никак не влияют, что может объяснять то, почему во Вселенной достаточно много галактик с широкими, "пушистыми" хвостами.

Как надеются Комиссаров и Гургулиатос, их расчеты и модели помогут понять, как возникают черные дыры с хвостами и того, и другого типа, и выяснить, какую роль они играют в эволюции галактик и Вселенной в целом.

Магнитное поле черной дыры оказалось удивительно слабым

Черные дыры хорошо известны своим мощным гравитационным воздействием на материю, позволяющим им поглощать целые звезды и испускать в космос потоки материи со скоростью, близкой к скорости света. Однако магнитное поле в окрестностях одной из черных дыр, к удивлению исследователей, оказалось довольно слабым. Эта черная дыра диаметром около 60 километров, находящаяся на расстоянии 8000 световых лет от Земли и называемая V404 Лебедя, дала возможность впервые измерить с высокой точностью параметры магнитного поля, окружающего эти самые глубокие «гравитационные колодцы» Вселенной. Группа исследователей под руководством И. Даллилар (Y. Dallilar) с кафедры астрономии Университета Флориды, США, в результате анализа данных наблюдений, проведенных с использованием Большого Канарского телескопа, расположенного на Канарских островах, Испания, обнаружила, что магнитное поле вокруг черной дыры на самом деле примерно в 400 раз слабее, чем ожидалось.

Эти измерения позволяют ученым глубже понять устройство и механизмы функционирования магнитных полей черных дыр, проникая в тайны поведения материи в экстремальных физических условиях. Эти знания в дальнейшем могут быть использованы для расширения возможностей систем GPS навигации и усовершенствования конструкций ядерных реакторов.

Эти измерения также могут помочь ученым разгадать загадку появления так называемых «джетов» черных дыр – потоков заряженной материи, извергаемых со стороны черной дыры и движущихся со скоростью, близкой к скорости света. Ранее ученые полагали, что эти джеты ускоряются в мощном магнитном поле черной дыры, однако теперь эта гипотеза требует пересмотра, отмечает Даллилар.

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.

Ученые глубже проникают в природу джетов черных дыр

Команда ученых из Саутгемптонского университета сделала новый шаг на пути к пониманию релятивистских джетов – мощных пучков излучения, испускаемых из окрестностей черных дыр – измерив, насколько быстро происходит их «зажигание» после появления. Происхождение джетов черных дыр до сих пор продолжает оставаться загадкой для ученых. Одна из теорий гласит, что они развиваются из «аккреционного диска» - материи, затягиваемой на орбиту к растущей черной дыре. Экстремальная гравитация внутри этого диска скручивает и растягивает магнитные поля, сжимая раскаленный, намагниченный материал диска, называемый плазмой, до тех пор пока он не будет извергнут в форме двух противоположно направленных магнитных «колонн», ориентированных вдоль оси собственного вращения черной дыры.

Плазма движется вдоль этих сфокусированных джетов и развивает гигантскую скорость, «выстреливая» на гигантские расстояния. В какой-то момент плазма начинает ярко светиться, однако когда именно происходит «зажигание» джета – это оставалось загадкой для ученых до настоящего момента.

В новом исследовании группа под руководством доктора Пошака Гандхи (Poshak Gandhi) показывает при помощи наблюдений системы V404 Лебедя, состоящей из черной дыры и поглощаемой ею звезды-компаньона, что между рентгеновскими вспышками, обозначающими рождение джета в окрестностях черной дыры, и появлением вспышек в оптическом диапазоне проходит примерно 0,1 секунды. Если перевести эти цифры в расстояние, которое проходит релятивистский джет за это время, то получается, что джет успевает пройти не более 30000 километров. Система V404 Лебедя находится от нас на расстоянии примерно 7800 световых лет, поэтому даже при помощи самых мощных современных телескопов ученые не смогли бы разглядеть при прямых наблюдениях системы этот крохотный отрезок.

Вспышка звездообразования, способная дать начало гравитационным волнам

В 1887 г. американский астроном Льюис Свифт открыл яркое облако, или туманность, которая в действительности оказалась небольшой галактикой, находящейся на расстоянии примерно 2,2 миллиарда световых лет от Земли. Сегодня она известна как галактика «со вспышкой звездообразования» IC 10. Спустя более столетия после открытия Свифта астрономы изучают галактику IC 10 при помощи самых мощных телескопов 21-го века. Новые наблюдения, проведенные при помощи рентгеновской космической обсерватории НАСА Chandra («Чандра»), обнаруживают множество звездных пар, которые однажды могут стать источниками волн удивительного типа, называемых гравитационными волнами. Анализируя данные наблюдений галактики IC 10, собранные при помощи обсерватории Chandra за последние 10 лет, астрономы обнаружили свыше десятка черных дыр и нейтронных звезд, поглощающих газ, который перетекает на них со стороны молодых звезд-компаньонов. Такие двойные системы называют рентгеновскими двойными, поскольку они интенсивно излучают в рентгеновском диапазоне.

На этом новом комбинированном снимке галактики IC 10 представлены данные, полученные при помощи космической обсерватории Chandra (голубой) и при помощи наблюдений в оптическом диапазоне (красный, зеленый, голубой). Рентгеновские источники, обнаруженные при помощи «Чандры» имеют более темный голубой оттенок, по сравнению со звездами, наблюдаемыми в оптическом диапазоне.

Две научные работы, посвященные изучению рентгеновских двойных в галактике IC 10, увидели свет в выпуске журнала Astrophysical Journal за 10 февраля 2017 г.

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.

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.