В мире астрономии произошло необычайно знаменательное событие: учёные открыли квазар, испускающий гигантский радиоджет в неизмеримое космическое пространство, в эпоху, когда Вселенная была еще совсем юной.

Квазар, получивший обозначение J1601+3102, представляет собой ярчайшее и активно функционирующее ядро галактики, расположенное на значительном удалении около 12,5 миллиардов световых лет от Земли. Это открытие позволяет нам наблюдать объект в его первоначальном состоянии, существовавшем менее чем через 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва, в период, когда Вселенной было всего 9% от её нынешнего возраста, равного 13,8 миллиарда лет.

Наиболее поразительным аспектом этого открытия является гигантский радиоджет, производимый квазаром. Этот космический «фонтан» простирается как минимум на 200 000 световых лет, что вдвое превышает диаметр нашего Млечного Пути. «Обнаружение столь мощного радиоджета в ранней Вселенной — это настоящая сенсация,» — отмечает ведущий автор исследования, Аннек Глоудеманс из NOIRLab.

Радиоджеты представляют собой потоки заряженных частиц, движущихся с колоссальными скоростями, близкими к скорости света, и излучающих радиоволны. Они формируются вблизи сверхмассивных черных дыр, находящихся в центрах активно работающих галактик. В случае J1601+3102 масса центральной черной дыры оценивается приблизительно в 1,3 миллиарда солнечных масс.

Открытие стало возможным благодаря использованию ряда передовых телескопов. Первоначально объект был выявлен Европейским низкочастотным радиотелескопом LOFAR, который зарегистрировал необычно яркий радиоисточник. Последующие наблюдения с помощью телескопа Gemini North в ближнем инфракрасном диапазоне и телескопа Hobby-Eberly в видимом свете позволили точно определить расстояние до объекта и подтвердить его природу как квазара.

Исследователи подчеркивают, что наличие столь мощного радиоджета у квазара в ранней Вселенной может пролить новый свет на процессы формирования и эволюции галактик в первые миллиарды лет после Большого взрыва.

Одним из ключевых вопросов, которые поставило перед учеными это открытие, является механизм формирования столь мощных джетов в юной Вселенной. Согласно современным теориям, для создания таких структур необходимо сочетание нескольких факторов, включая высокую скорость вращения черной дыры и наличие мощного магнитного поля.

Интересно, что J1601+3102 является не только самым удаленным, но и одним из самых мощных радиоквазаров, известных на сегодняшний день. Его светимость в радиодиапазоне превышает светимость типичных квазаров того же возраста в сотни раз. Это указывает на то, что в ранней Вселенной могли существовать условия, особенно благоприятные для формирования таких экстраординарных объектов.

Открытие J1601+3102 также поднимает вопросы о роли квазаров в реионизации Вселенной — процессе, в ходе которого первое поколение звезд и галактик ионизировало нейтральный водород, заполнявший космическое пространство. Мощное излучение квазаров, подобных J1601+3102, могло сыграть значительную роль в этом процессе.

Учёные также отмечают, что открытие столь мощного радиоквазара в ранней Вселенной может указывать на необходимость пересмотра некоторых теорий формирования и роста сверхмассивных черных дыр. Традиционные модели предполагают, что для образования таких массивных объектов и связанных с ними мощных джетов необходимо значительно больше времени.

В 2019 году команда ученых из Университета Кагосимы в Японии, возглавляемая астрофизиком Кэйити Вада, представила революционную гипотезу: планеты могут формироваться и существовать не только вокруг звезд, но и вокруг сверхмассивных черных дыр.

Эти гипотетические объекты получили название "бланеты" — от английских слов "black hole" (черная дыра) и "planet" (планета). Возможность их существования бросает вызов традиционным представлениям о формировании планетных систем и открывает новые горизонты в понимании устройства Вселенной.

От гипотезы к реальности

Концепция планет, обращающихся вокруг черных дыр, может показаться фантастической, но она имеет серьезные научные основания. Современные исследования показывают, что вокруг сверхмассивных черных дыр существуют все необходимые условия для формирования планет: достаточное количество материала в аккреционных дисках и стабильные орбиты на безопасном расстоянии от горизонта событий.

Черная дыра, вопреки распространенному заблуждению, не представляет собой гигантский пылесос, засасывающий все вокруг. Любая черная дыра обладает конечной массой, а значит у ее "гравитационных полномочий" есть предел. По этой причине вокруг черных дыр могут вращаться (и вращаются!) космические тела. Более того, орбиты вокруг черной дыры могут быть даже более стабильными, чем вокруг звезд, поскольку черные дыры не испытывают таких драматических изменений как звезды.

Главное отличие бланет от обычных планет — это источник освещения. Вместо света родительской звезды такой мир освещало бы свечение аккреционного диска черной дыры. На стабильной орбите гравитация на поверхности бланеты могла бы быть вполне комфортной для жизни, однако близость черной дыры создавала бы уникальные условия. Из-за релятивистских эффектов наблюдатель на поверхности бланеты видел бы сильно искаженное звездное небо, а свет бы причудливо изгибался из-за искривления пространства-времени.

Источники энергии

Основной вопрос — откуда бланеты могут получать энергию? Главным и наиболее мощным источником энергии для них мог бы служить аккреционный диск черной дыры, представляющий собой гигантскую структуру из раскаленных газа и пыли, вращающихся вокруг черной дыры на огромных скоростях. При движении вещества в аккреционном диске выделяется колоссальное количество энергии - до 40% массы вещества превращается в излучение. Для сравнения: термоядерные реакции в звездах переводят в энергию менее 1% массы.

Дополнительным источником тепла могла бы служить внутренняя энергия самой бланеты — геотермальная активность, подобная той, что мы наблюдаем на Земле. Особенно если учесть, что приливные силы со стороны черной дыры могли бы усиливать эти процессы.

Возможна ли жизнь?

Вопрос о возможности существования жизни на бланетах особенно интересен с научной точки зрения. Если такая жизнь существует, она должна обладать уникальными адаптациями к специфическим условиям своей среды.

Основные вызовы

Главным вызовом для жизни стало бы излучение от аккреционного диска черной дыры. На Земле от подобного — но несоизмеримо менее интенсивного — излучения нас защищают:

• Магнитное поле планеты, отклоняющее заряженные частицы;

• Атмосфера, поглощающая большую часть вредного излучения;

• Озоновый слой, блокирующий ультрафиолет.

Бланетам понадобились бы схожие защитные механизмы, но более мощные. Мы знаем, что некоторые земные организмы, например, тихоходки или бактерии Deinococcus radiodurans, способны выживать при очень высоких дозах радиации. На бланетах могли бы появиться организмы с еще более эффективными механизмами защиты.

Использование доступной энергии

Земная жизнь научилась использовать солнечный свет через фотосинтез. Аналогично, организмы на бланетах теоретически могли бы развить механизмы улавливания и преобразования излучения аккреционного диска. Это могло бы быть что-то похожее на фотосинтез, но адаптированное к другому спектру излучения.

Суточные ритмы

Из-за особенностей орбитального движения вокруг черной дыры, смена дня и ночи на бланете могла бы существенно отличаться от земной. Это потребовало бы от живых организмов иных циклов активности и отдыха, возможно, более длительных или, наоборот, более коротких, чем у обитателей Земли.

Заключение

На сегодняшний день бланеты остаются гипотетическими объектами, но изучение этой возможности имеет важное научное значение. Исследование условий формирования и существования планет в экстремальных условиях помогает нам лучше понять фундаментальные принципы планетообразования и пределы условий, в которых возможно существование материи в планетарной форме. Эти знания могут быть применены не только к гипотетическим бланетам, но и к изучению экзопланет в необычных звездных системах. В будущем, с развитием наблюдательных технологий, астрономы смогут проверить эту гипотезу и, возможно, обнаружить первые свидетельства существования планет у сверхмассивных черных дыр.

Читайте также:

• Топ-5 теорий о том, что находится внутри черной дыры.

• Ученые впервые наблюдают пробуждение сверхмассивной черной дыры в реальном времени.

• Получено первое прямое доказательство того, что сверхновые создают черные дыры и нейтронные звезды.

В самом сердце галактик, среди звездных вихрей и облаков космической пыли, скрываются объекты невообразимой мощи – сверхмассивные черные дыры. Но что происходит, когда два таких космических монстра сближаются и начинают свой последний танец перед слиянием? Давайте погрузимся в захватывающий мир экстремальной астрофизики.

Истоки космического танца

Слияние сверхмассивных черных дыр – это кульминация длительных космических процессов, связанных со столкновением галактик. Гравитационное взаимодействие сближающихся галактик приводит к тому, что их центральные черные дыры начинают неумолимо притягиваться друг к другу, запуская процесс, который может длиться миллиарды лет.

Этапы слияния

• Сближение: на первом этапе черные дыры медленно приближаются друг к другу, преодолевая огромные расстояния за миллионы или даже миллиарды лет.

• Гравитационный танец: когда расстояние между ними сокращается до нескольких световых лет, черные дыры начинают вращаться друг вокруг друга, формируя двойную систему.

• Финальное пике: на последних этапах, когда расстояние между черными дырами сокращается до нескольких радиусов Шварцшильда (граница, за которой даже свет не может покинуть черную дыру), орбитальная скорость достигает значительной доли скорости света. Черные дыры вращаются друг вокруг друга с частотой до нескольких оборотов в секунду, порождая мощные гравитационные волны.

• Слияние: в последние мгновения черные дыры сливаются, высвобождая колоссальное количество энергии в виде гравитационных волн.

Отголоски космического слияния

Одно из самых захватывающих последствий слияния сверхмассивных черных дыр – это генерация мощных гравитационных волн. Эти волны в пространстве-времени распространяются со скоростью света, неся информацию о самом катаклизмическом событии во Вселенной.

В 2015 году детекторы LIGO впервые зарегистрировали* гравитационные волны от слияния черных дыр звездной массы. Однако обнаружение волн от слияния сверхмассивных черных дыр остается одной из главных целей современной астрофизики.

*Это историческое открытие стало триумфальным подтверждением предсказания Эйнштейна, сделанного им в рамках общей теории относительности еще в 1916 году.

Последствия космического слияния

Слияние сверхмассивных черных дыр имеет далеко идущие последствия:

• Формирование еще более массивной черной дыры: результатом слияния становится образование черной дыры, масса которой немного меньше, чем сумма масс исходных объектов. Значительная часть энергии (до нескольких процентов от общей массы системы) излучается в виде гравитационных волн в процессе слияния. Точная доля потерянной массы зависит от параметров сливающихся черных дыр, таких как их относительные массы и скорости вращения.

• Трансформация галактической среды: процесс слияния сверхмассивных черных дыр кардинально меняет окружающее пространство. Усиленная аккреция вещества приводит к мощным выбросам энергии и материи из активного ядра галактики. Одновременно, гравитационные возмущения перестраивают орбиты звезд и распределение газа. Эти процессы могут иметь противоречивые последствия для звездообразования: в одних регионах, где происходит сжатие газовых облаков, формирование новых звезд ускоряется. В других областях, напротив, звездообразование может подавляться из-за рассеивания газа и/или интенсивного излучения.

• Изменение химического состава: выбросы материи из активного ядра галактики обогащают межзвездную среду тяжелыми элементами. Это влияет на химический состав будущих поколений звезд и планетных систем.

• Реструктуризация галактики: Слияние сверхмассивных черных дыр может кардинально изменить форму и структуру всей галактики, влияя на распределение видимой и темной материи.

Значение для науки

Изучение слияний сверхмассивных черных дыр имеет огромное значение для астрофизики:

• Это позволяет проверить общую теорию относительности Эйнштейна в экстремальных условиях.

• Помогает понять процессы формирования и эволюции галактик.

• Дает ключи к разгадке тайн темной материи и темной энергии.

• Открывает новые горизонты в изучении ранней Вселенной.

Читайте также:

• Миллиновые звезды: новая глава в изучении транзиентных астрономических событий.

• Ганимед: ледяной гигант с водяным сердцем.

• Спутники Сатурна: Прометей.

На расстоянии 53,5 миллиона световых лет от Земли расположена сверхгигантская эллиптическая галактика M 87 (Messier 87). При диаметре в 132 000 световых лет M 87 является домом для более чем триллиона звезд! Для сравнения, диаметр Млечного Пути около 100 000 световых лет, а количество звезд, проживающих в нашей Галактике, составляет от 200 до 400 миллиардов.

Космическая рентгеновская обсерватория NASA "Чандра", наблюдая за этим космическим гигантом в июле 2000 года, показала нам нечто поистине впечатляющее.

В центре изображения виден яркий "столб" — это гигантская струя (джет) раскаленного газа с температурой в миллионы градусов Цельсия. Ее длина поражает воображение — более 50 000 световых лет.

Источником этого космического фейерверка служит сверхмассивная черная дыра в центре M 87. Она выделяется среди своих "сородичей" необычайной активностью, вызванной обилием окружающей материи. Именно эта особенность сделала ее идеальной целью для исторического события — получения первого в истории человечества изображения тени черной дыры в 2019 году.

Этот революционный снимок был сделан с помощью уникального инструмента — телескопа Event Horizon Telescope (EHT). По сути, это целая сеть радиотелескопов по всей планете, работающих как единый инструмент размером с Землю. Результат их работы — оранжево-желтое кольцо света вокруг темного центра — подтвердил существование черных дыр, превратив их из теоретических объектов Эйнштейна в доказанную реальность. Темный силуэт в центре — тень черной дыры, окруженная ярким кольцом света от раскаленной материи, вращающейся вокруг нее на околосветовых скоростях.

Интересно, что такое буйное поведение характерно и для некоторых других сверхмассивных черных дыр в крупных галактиках, например, в Персее A.

Эти гравитационные монстры своими вспышками не только демонстрируют собственный рост, но и рассказывают об эволюции своих галактик (ранее было установлено, что сверхмассивные черные дыры формируют химический состав своих галактик).

Жителям Земли невероятно повезло — сверхмассивная черная дыра Стрелец A*, скрывающаяся в центре Млечного Пути, отличается спокойным характером. Возможно, именно это спокойствие позволило развиться жизни в нашей Галактике.

Читайте также:

• «Джеймс Уэбб» раскрывает тайны Вселенной: обнаружена древнейшая черная дыра.

• Может ли в Солнечной системе быть черная дыра?

• Двойная черная дыра 3C 75.