Что такое гравитационно-волновая ракета? В чём уникальность природы и каков принцип работы этого явления? Сергей Попов, астрофизик, профессор РАН, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга рассказывает, с какой скоростью движется сверхмассивная чёрная дыра, с помощью каких инструментов можно за этим наблюдать и как сверхмассивные чёрные дыры повлияли на образование галактик.

Откуда астрофизики знают, как устроены сверхмассивные чёрные дыры? Как возникают эти астрономические объекты? Как изменяются массы сверхмассивных чёрных дыр и какие методы их измерения применяют учёные? Всегда ли в центре галактики имеется сверхмассивная чёрная дыра, и могут ли галактики образовываться вокруг других космических тел?

Рассказывает Сергей Попов, астрофизик, профессор РАН, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга.

Сегодня мы затронем несколько тем, касающихся очень ярких на данный момент открытий. Итак, сначала мы поговорим об уникальном явлении, о поглощении черной дырой нейтронной звезды, затем расскажем о пробуждении черной дыры Стрелец А в центре нашей галактики и напоследок коснемся не менее интересной темы, а именно бесследного исчезновения сверхмассивной звезды после взрыва.

Исследователи из лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO и Европейская гравитационная обсерватории (Virgo) сообщили о необычном событии, которое было обнаружено 14 августа 2019 г., гравитационно-волновые детекторы этих обсерваторий, зарегистрировали «рябь» пространства и времени от гравитационных волн, идущую со стороны мощного столкновения. Ученые уже ранее регистрировали гравитационные волны, порожденные слиянием двух черных дыр или нейтронных звезд. В апреле ученые поймали нечто, истолкованное как намек на сближение между черной дырой и нейтронной звездой, но сигнал был слабым и мог быть ложной тревогой.

Но на этот раз сигнал был ясным, и очень маловероятно, что это ложная тревога.

Мы хотели бы наблюдать, как черная дыра разрывает нейтронную звезду, когда они собираются вместе", - говорит физик-теоретик Сьюзан Скотт.

Это дало бы нам очень важную информацию о материале, из которого состоят самые плотные звезды во Вселенной - нейтронные.

Известно, что практически в центре каждой галактики находится массивная черная дыра. В нашей галактике – это Стрелец А. Буквально на днях, ученые сообщили, что черная дыра в центре нашей галактики произвела загадочную яркую вспышку.

13 мая 2019 года в обсерватории Кека на Гавайях, зарегистрировали необычную активность — яркость в ближнем инфракрасном диапазоне значительно возросла (приблизительно в 75 раз), а затем вернулась к прежнему уровню. Сначала астрономы подумали, что они видят звезду под названием SO-2, а не Стрелец А. Это Группа звезд, орбита которых близка к Sgr A*. Ученые выяснили, что источник был переменным и должен был быть черной дырой.

С чем связано такое сильное повышение яркости?

Астрономы не смогли точно определить причину вспышки, но выдвинули две гипотезы. Было сделано предположение, что Sgr A* могла вырвать и поглотить часть материи звезды S0-2, сблизившейся с ней в мае прошлого года. По другой версии, часть облака газа G2 достигла черной дыры. Это облако подошло к ней на опасное расстояние в 36 световых часах еще пять лет назад.

Вот мы и подошли к последней теме нашего видеоролика – к бесследному исчезновению сверхмассивной звезды после взрыва.

Мы знаем, что жизненный цикл сверхновых звезд обычно протекает иначе. И на сегодня известно всего два исхода для звезд, переживших взрыв сверхновой: образование нейтронной звезды и черной дыры.

Однако астрономы предполагают, что есть и третий вариант развития процесса, когда после взрыва сверхновой не остается ничего.

Спутник Gaia, который был запущен Европейским космическим агентством зафиксировал сверхновую звезду SN 2016iet 14 ноября 2016 года.

Коллапсирующее ядро этой звезды производит обильное гамма-излучение, что приводит к огромному непрекращающемуся образованию пар частиц и античастиц, которые в конечном итоге вызывают катастрофический термоядерный взрыв, уничтожающий всю звезду, включая ядро.

Согласно теоретическим предсказаниям, такой тип сверхновых возможен для звезд большой массы с низким содержанием металлов. Именно под эти условия подходит обнаруженный Gaia объект. По словам ученых, эта звезда — первая,что идеально подходит под теоретическое описание парно-нестабильных сверхновых.

Источники:

1- Поглощении черной дырой нейтронной звезды:

https://gcn.gsfc.nasa.gov/gcn3/25333....

2- Черная дыра Стрелец А*

Статья: https://arxiv.org/abs/1908.01777

3- Бесследное исчезновение сверхмассивной звезды после взрыва

Статья: https://arxiv.org/abs/1904.07259

Сверхмасси́вная чёрная дыра́ — это чёрная дыра с массой 10(10) - 10(11) масс Солнца. Сверхмассивные чёрные дыры обнаружены в центре многих галактик, включая Млечный Путь.

По состоянию на 2018 год самая тяжёлая сверхмассивная чёрная дыра находится в квазаре TON 618 в созвездии Гончих Псов на расстоянии 10,37 млрд световых лет от Солнца. Её масса составляет 66 млрд Mасс Солнца.

В центре Млечного Пути находится сверхмассивная чёрная дыра, которую питает вращающийся диск горячего газа. Она затягивает в себя всё, что оказывается рядом с ней, даже свет.

Мы не можем её видеть, но её горизонт событий отбрасывает тень, фотография которой может помочь нам найти ответы на многие важные вопросы о Вселенной.

Кэти Бауман и команда астрономов придумала, как сделать исторический снимок, не создавая телескоп размером с Землю. Узнайте, как можно видеть в кромешной темноте.

По всему миру прошло одновременно шесть больших пресс-конференций, где астрофизики сообщили о результатах работы международного проекта.

Один из руководителей проекта Лучано Реццол отметил, что полученное изображение подтверждает существование горизонта событий, то есть доказывает правильность общей теории относительности Альберта Эйнштейна.

Ученые объединили мощности восьми длинноволновых радиотелескопов в разных точках планеты в один большой радиотелескоп-интерферометр, поскольку сеть радиотелескопов лучше всего подходит для подобных наблюдений. Радиотелескопы находятся, в частности, во Франции, Чили, на острове Гавайи, Южном полюсе. Телескоп горизонта событий получил свое название в честь границы пространства-времени, которое окружает черную дыру и является так называемой точкой невозврата.

Куда смотрел телескоп

Чтобы исследовать окрестности сверхмассивных черных дыр в центрах каждой галактики, ученые направили сеть радиотелескопов на два объекта - Стрелец А*, компактный и яркий источник радиоизлучения, находящийся в центре нашей галактики Млечный Путь на расстоянии около 26 тыс. световых лет от Земли, и на еще одну черную дыру - в центре эллиптической галактики Messier 87 (M87) в созвездии Девы, она находится на расстоянии 55 млн световых лет от Земли. Черная дыра в галактике М87 примерно в 6,5 млрд раз тяжелее Солнца и в тысячу раз тяжелее Стрельца А*.

Непрерывные наблюдения продолжались в течение 10 суток в апреле 2017 года. Каждый из телескопов собрал по 500 ТБ информации. На расшифровку и анализ полученных данных у ученых ушло два года. При изучении результатов наблюдений ученые прибегли к помощи суперкомпьютеров в обсерватории Хайстак (Массачусетский технологический институт, США) и Институте радиоастрономии имени Макса Планка в Бонне (Германия).

Самым известным в массовой культуре изображением черной дыры стал образ Гаргантюа в фильме "Интерстеллар". За создание визуального образа черной дыры и его научную достоверность отвечал американский астрофизик Кип Торн, получивший Нобелевскую премию за открытие гравитационных волн. В киноленте изображение изобилует деталями и оптическими эффектами.

Считается, что черная дыра представляет собой объект с такой сильной гравитацией, что даже свет не может отдалиться от него на бесконечное расстояние и из черной дыры не может выбраться никакое тело. Концепция таких объектов связана с современным взглядом на гравитацию, общей теорией относительности Эйнштейна, и представлением тяготения в ней через искривление пространства-времени.

Что хотели узнать астрофизики

Предполагалось, что совместная работа телескопов поможет разглядеть тень черной дыры. Измерения позволят протестировать общую теорию относительности и получить очередное доказательство существования черных дыр. Черные дыры остаются гипотетическими объектами, но у астрономов не осталось сомнений в том, что они существуют. Уже получено большое количество косвенных свидетельств их существования, начиная от наблюдений тесных двойных систем и до гравитационных волн. Первое научно обоснованное изображение черной дыры получил французский астрофизик Жан-Пьер Люмине в 1979 году.

Однако непосредственных наблюдений черных дыр до сих пор не существовало - черные дыры невелики, но при этом сильно удалены.

Ученые также хотели выяснить, почему одни черные дыры являются центрами колоссальных источников излучения - квазаров, в то время как другие, в том числе Стрелец A*, ведут себя спокойно. Кроме этого, детальные наблюдения помогут проверить экзотические гипотезы, например гипотезу о кротовых норах.

Источник