Астрономы нашли галактику сразу с тремя сверхмассивными черными дырами

Международная исследовательская группа из университетов Геттингена и Потсдама обнаружила, что галактика NGC 6240 содержит сразу три сверхмассивные черные дыры. Уникальные наблюдения проведенные учеными показали, что черные дыры расположены очень близко друг к другу в ядре галактики. Данное исследование проливает свет на процесс образования крупнейших галактик во Вселенной. Массивные галактики, вроде Млечного Пути, обычно состоят из сотен миллиардов звезд и одной черной дыры с массой от нескольких миллионов до нескольких сотен миллионов солнечных масс в своем центре. Но в NGC 6240 совсем другая история - она ​​известна как неправильная галактика через свою причудливую форму. Галактическая система, находящаяся от нас на расстоянии около 300 000 000 световых лет - очень близко по космическим меркам - была детально изучена во всем волновом диапазоне и до сих пор считается образцом взаимодействия галактик. Ученые давно предполагали, что она появилась в результате слияния двух небольших галактик, и поэтому содержит в своем ядре две черные дыры. Эти галактики движутся навстречу друг другу на скорости в несколько сотен км / с и все еще находятся в процессе слияния. Последние исследования позволили сделать удивительный вывод - оказывается, в галактическом центре находится не две, а три сверхмассивных черных дыры. «Благодаря нашим наблюдением мы смогли доказать, что в галактической системе NGC 6240 расположены не две, как предполагалось ранее, а три сверхмассивные черные дыры в ее центре», - сообщает ведущий автор исследования профессор Вольфрам Коллачни из Геттингенского университета.

Каждая из трех черных дыр имеет массу более 90000000 Солнц. Они расположены в пространстве шириной менее 3000 световых лет, то есть менее чем в одну сотую общего размера галактики. «До сих пор никто не находил такой концентрации сверхмассивных черных дыр во Вселенной», - добавляет доктор Питер Вейльбахер из Потсдамского астрофизического института Лейбница.

Открытие этой тройной системы имеет фундаментальное значение для понимания эволюции галактик. До сих пор не было возможности даже представить, как крупнейшие и самые мощные галактики были сформированы за предыдущие 14000000000 лет - примерный возраст нашей Вселенной.

«Если процессы слияния нескольких галактик происходили одновременно, то наибольшие галактики с их центральными сверхмассивными черными дырами, развивались гораздо быстрее, - резюмирует Питер Вайльбахер. - Наши наблюдения дают первое подтверждение такому сценарию ».

Для уникальных высокоточных наблюдений галактики NGC 6240 использовался 8-метровый телескоп VLT, установленный на горе Серро-Параналь в Чили, в Паранальский обсерватории, а также трехмерный спектрограф MUSE. Благодаря сложной технологии, изображения получаются с резкостью, аналогичной космическому телескопу Хаббл, но дополнительно содержат спектр для каждого пикселя. Эти спектры и стали решающими для определения движения и масс сверхмассивных черных дыр в NGC 6240.

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.

Удивительная черная дыра

Ближайший к Земле квазар, находящийся в 600 миллионах световых лет от нас в галактике под названием Маркарян 231, расположен вокруг двух вращающихся чёрных дыр. Это открытие может изменить наше представление о квазарах, пишет Popular Science. Собранные телескопом Хаббл данные помогли обнаружить таинственное отверстие в аккреционном диске квазара — кольце газа, вращающегося вокруг чёрной дыры. Изучив этот феномен, учёные пришли к выводу, что эта система должна состоять из двух чёрных дыр: большой по центру и вращающейся вокруг неё маленькой. Большая из двух чёрных дыр имеет массу, эквивалентную 150 миллионам Солнц, а масса его маленького компаньона — «всего» 4 миллиона Солнц. Через несколько сотен тысяч лет чёрные дыры столкнутся, что, по оценкам учёных, может привести к концу нашей вселенной (ладно, расслабьтесь, это была шутка). Работающая над моделью команда учёных из США и Китая считает, что двойное «сердце» квазара сформировалось при столкновении двух галактик. Такое столкновение, кажется, хорошо влияет на звёздообразование: в галактике Маркарян 231 новые звёзды зажигаются в 100 раз чаще, чем в нашем Млечном Пути.

Мы очень взволнованы этим открытием, поскольку это первая открытая система с двойной чёрной дырой. Наше исследование открывает дорогу новым систематическим поискам подобных систем, — сказал один из авторов исследования Юджун Лю.

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.

Гравитационные волны, формируемые черными дырами в центрах галактик

Гравитационные волны могут формироваться в центрах галактик, сообщается в новом исследовании, проведенном группой ученых под руководством Джозефа Фернандеса (Joseph Fernandez) из Ливерпульского университета имени Джона Мурса, Великобритания. Гравитационные волны представляют собой мелкую рябь пространства-времени, распространяющуюся по Вселенной. Когда во Вселенной сталкиваются два массивных объекта, таких как черные дыры или нейтронные звезды, происходит формирование гравитационных волн, расходящихся в стороны от места столкновения. Этот феномен был предсказан Альбертом Эйнштейном в 1915 г. Амплитуда этих изменений согласно прогнозам должна была быть настолько крохотной, что Эйнштейн даже не рассчитывал обнаружить гравитационные волны. Однако в 2015 г., спустя сто лет после того, как был сделан этот прогноз, ученые впервые смогли наблюдать гравитационные волны напрямую. Обнаруженные гравитационные волны исходили со стороны пары черных дыр звездных масс (примерно по 30 масс Солнца каждая), которые упали друг на друга и в конечном счете объединились.

С того времени ученые обнаружили еще 4 события слияния черных дыр, однако наука до сих пор не приблизилась к пониманию механизмов, заставляющих черные дыры сближаться настолько, что становится возможным формирование гравитационных волн.

В новой работе команда Фернандеса показывает, что сверхмассивная черная дыра (СМЧД), лежащая в центре галактики, может изменить орбиты компонент двойной звездной системы так, что окажется возможным приведение компонент системы в очень тесный контакт, и продолжительность их обращения друг относительно друга перед слиянием будет в 100 раз ниже, чем в отсутствие такого искажения орбит со стороны СМЧД. Этого может оказаться достаточно, чтобы двойная система успела за время существования нашей Вселенной достичь фазы слияния компонент, считают Фернандес и его коллеги.

Исследование было представлено 3 апреля на Европейской неделе астрономии и наук о космосе, проходившей в Ливерпуле, Великобритания.

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.

Ученый рассказал, почему «толстеют» черные дыры

В Коуровской астрономической обсерватории на Среднем Урале проходит конференция «Физика Космоса». Среди прочих вопросов, которые задались ее участники, — изучение феномена «толстеющих» черных дыр, одного из самых обсуждаемых в последнее время. Астрономам и физикам удалось выяснить, что в знаниях о черных дырах есть серьезные пробелы. Предполагалось, что эти объекты, которые появляются на месте разорвавшейся звезды, должны иметь массу в разы меньше сгоревшего светила. Теперь же становится ясно, что некоторые дыры, наоборот, тяжелеют. То есть, если вес звезды составлял, к примеру, 40 масс Солнца, то вместо нее должен появиться объект массой 10-20 масс Солнца. Но на деле получается — около 60. Как рассказал Сергей Пилипенко, сотрудник астрокосмического центра физического института академии наук, исследователи продолжают находить сверхмассивные черные дыры. Их размеры могут быть больше некоторых небольших галактик. 

Весят «толстушки» от нескольких миллионов до миллиардов масс Солнца. Спор по поводу их происхождения пока не разрешен. Как предполагают некоторые российские ученые, они возникли в результате слияние своих младших «сестер».

Отметим, что сейчас особо активно изучаются две ближайшие к Земле дыры. Одна находится в самом центре Млечного пути в созвездии Стрельца. Другая — в галактике M 87 (созвездие Девы). Ожидается, что глобальные открытия в этой сфере случатся в ближайшее десятилетие.

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.

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".

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.

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.

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».

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.

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.

Загадки космоса: ученые объяснили происхождение черных дыр

Первые гигантские черные дыры Вселенной начали расти большими темпами благодаря "помощи" соседних с ними галактик. Астрономы, разгадывая загадки космоса, отметили, что излучение галактик мешало звездам сформироваться внутри "зародышей" будущих гигантов. "Коллапс галактики и формирование черной дыры с массой в миллион Солнц происходит в таком случае всего за 100 тысяч лет, мгновение по космическим меркам. Через несколько миллионов лет она вырастает до массы в миллиард Солнц, что заметно быстрее, чем мы ожидали увидеть", — заявил Золтан Хайман (Zoltan Haiman) из университета Колумбии в Нью-Йорке (США).

Считается, что в центре большинства массивных галактик обитают сверхмассивные черные дыры, чья масса может составлять от миллиона до миллиардов масс Солнца. Причины образования этих объектов пока не совсем ясны. Изначально ученые считали, что подобные объекты возникали таким же путем, как их "нормальные" кузены – в результате гравитационного коллапса звезд и последующего слияния нескольких крупных черных дыр.

Наблюдения за первыми галактиками Вселенной заставили астрофизиков усомниться в этом – оказалось, что в них обитают черные дыры с массой в десятки миллиардов Солнц. Подобные объекты, как показывают расчеты, просто не успели бы вырасти до таких размеров, если бы они родились маленькими. Поэтому некоторые ученые начали считать, что сверхмассивные черные дыры рождаются по более экзотическим сценариям – в результате коллапса гигантских облаков из "чистого" атомарного водорода или благодаря наличию в них сгустков темной материи.

Хайман и его коллеги предложили еще один необычный сценарий рождения крупнейших черных дыр Вселенной, ключевую роль в котором играют не их "зародыши", а их космические соседи – другие крупные галактики.

Главным препятствием для роста черных дыр, по словам Хаймана, являются звезды, вернее процесс их образования. Когда черные дыры начинают расти, внутри их "зародыша" возникают сгустки материи, туманности, где рождаются десятки и сотни звезд. Звезды гораздо сильнее сопротивляются притяжению черной дыры, благодаря чему ее рост останавливается фактически сам по себе.

Процесс формирования звезд можно остановить, если в тот момент, когда "зародыш" черной дыры сжимается, молекулы водорода в нем будут расщеплены на отдельные атомы или ионы. Подобную вещь, как предположили Хайман и его коллеги, может осуществить достаточно большая галактика с большим числом молодых звезд, вырабатывающих большое количество рентгена и ультрафиолета.

Ученые проверили эту идею, создав компьютерную модель ранней Вселенной, населенной первыми галактиками и зародышами черных дыр. Как показали их расчеты, крупные галактики действительно могут ускорять рост черных дыр в своих "соседках", если они расположены на определенном расстоянии от них и имеют правильную массу и яркость. Тогда газ в соседних галактиках распадается на атомы, но нагревается не так сильно, чтобы галактика просто распалась на части, не образовав черной дыры.

Все эти расчеты, как подчеркивают ученые, не исключают альтернативных сценариев формирования крупнейших черных дыр Вселенной. Как надеются Хайман и его коллеги, запуск телескопа "Джеймс Уэбб", крупнейшего орбитального телескопа мира, поможет нам увидеть эти ранние галактики и понять, действительно ли они помогали черным дырам.

Названо число черных дыр в Млечном Пути

Ученые из Калифорнийского университета в Ирвине (США) оценили число черных дыр в Млечном Пути. В Млечном Пути ученые насчитали несколько миллионов черных дыр, которые примерно в тридцать раз тяжелее Солнца. К своим выводам авторы пришли, использовав наблюдаемое соотношение между массой Галактики и звездной металличностью (содержанием элементов тяжелее гелия). Ученые отмечают, что чем меньше галактика, тем больше в ней доля черных дыр, которые тяжелее Солнца в 50 раз. С другой стороны, доля черных дыр, которые тяжелее светила в десять раз, велика в крупных звездных системах.

Примерно один процент черных дыр представляют собой двойные системы. Именно они, отмечают авторы, представляют интерес для гравитационно-волновой обсерватории LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory), которая 14 сентября 2015 года впервые наблюдала возмущения пространства-времени.

Ученые создали аналог черной дыры

Исследователи из Гарвардского университета и компании Raytheon BBN Technology обнаружили, что заряженные частицы, обеспечивающие перенос электрического заряда по поверхности графена высокой степени чистоты, ведут себя подобно жидкости, обладающей некоторыми релятивистскими свойствами.

Данное открытие может привести к появлению новых технологий эффективного преобразования тепла в электрическую энергию и к более экзотическим вещам, к примеру, чипов, на поверхности которых можно смоделировать некоторые аспекты поведения сверхновых звезд, черных дыр и других астрономических объектов.

Известно, что графен является очень легким и прочным материалом, он имеет высокие показатели электрической и тепловой проводимости, он одновременно и прочен и гибок. Столь уникальный набор характеристик этого материала позволяет рассматривать его в качестве альтернативной замены кремнию в электронике или литию в аккумуляторных батареях. Кроме этого, тросы для первого космического лифта, когда он будет построен, могут быть изготовлены из графена или его ближайшего "родственника" - углеродных нанотрубок.

Исследователи, возглавляемые профессором Филипом Кимом (Prof. Philip Kim), нашли еще один способ получения высококачественных листов графена и использовали это для обнаружения еще одного примечательного свойства этого материала. Они выяснили, что при некоторых условиях частицы, переносящие электрический заряд по поверхности графена, ведут себя больше как жидкость, вместо того, чтобы отталкиваться друг от друга, эти частицы сталкиваются между собой триллионы раз в секунду.

Группа профессора Кима изолировала единственный слой графена, защитив его с обеих сторон слоями нитрида бора, прозрачного кристаллического материала, известного под названием "белый графен" из-за его подобных свойств и атомарного строения. Специально оставленные без защитного слоя концы листа графена были покрыты ионизированными заряженными частицами и, благодаря этому, ученым удалось наблюдать воочию за процессами движения электрических зарядов, которые возникали под воздействием приложенного извне электрического потенциала и потоков тепла.

Когда большинство из материалов подвергается воздействию электрического поля, отрицательно заряженные электроны и их антиподы, электронные дыры, движутся в противоположных направлениях. Однако, при некоторых условиях, к примеру, под воздействием тепла из внешнего источника, эти носители отрицательного и положительного зарядов начинают двигаться в одном направлении. Но в любом случае заряженные частицы в нормальных условиях практически не взаимодействуют друг с другом.

Однако, двухмерная природа и сотовидная структура графена высокой чистоты вынуждают заряженные частицы двигаться в одном и том же направлении, сталкиваясь между собой с большой частотой, формируя нечто вроде сильно взаимодействующей квазирелятивистской плазмы, известной под названием жидкости Дирака. "Физика, которую мы обнаружили, изучая черные дыры и теорию суперструн, была найдена и на поверхности графена" - рассказывает Эндрю Лукас (Andrew Lucas), один из исследователей, - "Это является первым образцом релятивистской гидродинамической системы в металлическом материале".

Обнаруженные на графене эффекты релятивистской гидродинамики могут быть использованы для создания чипов, работающих на несколько отличающихся от традиционной электроники принципах. Это, в свою очередь, позволит не только обеспечить высочайшее быстродействие этих чипов. Эти чипы могут быть использованы в качестве испытательных средств для экспериментов, раскрывающих суть сложных квантовых явлений, проявления которых до этого времени были найдены лишь в некоторых видах астрономических объектов.