25.000.000 км/час
Движение звёзд вокруг сверхмассивной чёрной дыры Стрелец А, в центре Млечного Пути.
Движение звёзд вокруг сверхмассивной чёрной дыры Стрелец А, в центре Млечного Пути.
Ученые объявили о первом в истории открытии свободно плавающей черной дыры, блуждающей в пустоте примерно в 5000 световых лет от Земли. Это темный объект, весом в семь раз больше массы нашего Солнца. Результат, появившийся 31 января на сервере препринтов arXiv, но еще не прошедший рецензирование, представляет собой кульминацию более чем десятилетнего напряженного поиска. «Это очень интересно», — говорит Марина Рейкуба из Европейской южной обсерватории в Германии, соавтор статьи. «Мы действительно можем доказать, что изолированные черные дыры существуют». Это открытие может быть только началом; Ожидается, что текущие исследования и предстоящие миссии найдут еще десятки или даже сотни темных, одиноких путешественников. «Это верхушка айсберга», — говорит Карим Эль-Бадри из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, не участвовавший в работе.
В 1919 году британский астроном Артур Стэнли Эддингтон провел знаменитый эксперимент. Теории специальной и общей теории относительности Эйнштейна постулировали, что массивные объекты должны вызывать вмятину в пространстве-времени, искривляя близлежащие лучи света в процессе, известном как гравитационное линзирование. Эддингтон доказал это во время полного солнечного затмения, когда яркость солнца была сведена к минимуму, так что можно было увидеть фоновые звезды. Используя астрометрия, он тщательно отметил положения этих звезд до и во время затмения, выявив слабое изменение их видимого положения на небе из-за того, что их свет искажается значительным гравитационным притяжением нашей звезды. Видимое положение звезд немного сдвинулось.
В последующие десятилетия ученые нашли новое применение этой технике. Звезды, масса которых более чем в 20 раз превышает массу нашего Солнца, должны образовывать черные дыры в конце своей жизни, когда их тяжелые ядра коллапсируют под собственным весом после истощения их термоядерного топлива. Рождение такой черной дыры звездной массы — сферы размером с город, масса которой в десятки раз превышает массу нашего Солнца — часто сопровождается яркой сверхновой из-за огромных энергий, высвобождаемых при коллапсе ядра. Эти силы могут быть настолько велики, что иногда они выбрасывают новорожденную черную дыру прямо из ее чрева в бесконечном межзвездном путешествии. Эта космическая тяга к путешествиям, а также небольшие размеры черных дыр и присущая им темнота должны сделать их почти невозможными для наблюдения. Работа Эддингтона, однако, предполагает, что этих изгоев можно найти, наблюдая за их линзирующими эффектами — как правило, предательское кратковременное осветление любых фоновых звезд, через которые черные дыры пролетают в нашем поле зрения. Шансы увидеть такое событие для изолированной черной дыры были невелики, но, учитывая, что миллионы черных дыр звездной массы дрейфуют по нашей галактике, некоторые из них могут обнаружиться при достаточно широком и долгом обзоре неба.
Поиск этих и других событий так называемого микролинзирования в настоящее время осуществляется несколькими проектами, в том числе экспериментом по оптическому гравитационному линзированию (OGLE), проводимым Варшавским университетом в Польше, и исследованием наблюдений микролинзирования в астрофизике (MOA), проводимым исследователями из Новой Зеландии и Япония. В июне 2011 года эти два исследования обнаружили нечто примечательное: внезапно вспыхнувшая звезда на расстоянии 20 000 световых лет от нас в направлении плотно упакованной галактической выпуклости в центре Млечного Пути. Могло ли это быть событием микролинзирования черной дыры-изгоя? Астрономы бросились выяснять.
Среди них был Кайлаш Саху из Научного института космического телескопа в Балтиморе, ведущий автор препринта arXiv, подробно описывающего открытие объекта. С помощью космического телескопа Хаббл он и его коллеги увеличили масштаб звезды в течение нескольких недель после того, как она стала яркой, а затем возвращались к ней снова и снова в течение следующих шести лет. Они смогли подтвердить, что свет звезды был увеличен, что указывало на присутствие невидимого линзирующего объекта, но они обнаружили кое-что еще более важное. Видимое положение звезды в космосе сместилось на ничтожную величину. Эффект был «в 1000 раз меньше, чем измерял Эддингтон», говорит Саху, и был близок к пределу возможностей Хаббла. Что-то скрытое усилило и исказило свет звезды. Это невидимая черная дыра звездной массы, в 7,1 раза больше массы нашего Солнца.
«Это могла быть только черная дыра», — говорит Саху. Две вещи были необходимы, чтобы подтвердить, что это так. «Первым критерием было отсутствие света, исходящего от линзы», — говорит Саху, чтобы исключить более прозаические объекты, такие как неудавшаяся звезда, известная как коричневый карлик. Во-вторых, эффект увеличения должен иметь большую продолжительность, учитывая обширный размер гравитационной сферы влияния черной дыры. Июньское событие 2011 года, продолжавшееся около 300 дней, отвечало всем требованиям.
Величина линзирования и отклонения света от звезды позволила Саху и его сотрудникам установить, что масса предполагаемой черной дыры составляет немногим более семи масс Солнца. По словам Озеля, это помещает его «посередине» того, что мы ожидаем от черных дыр звездной массы. Команда также смогла рассчитать его скорость. «Он движется со скоростью около 45 километров в секунду, — говорит Саху. Это относительно быстро по сравнению с ближайшими звездами — именно этого можно было бы ожидать, если бы черная дыра получила удар от умирающей массивной звезды. Неясно, когда это событие должно было произойти, но «может быть где-то около 100 миллионов [лет назад]», — говорит Саху.
Обсерватория Веры С. Рубин в Чили, которая должна начать 10-летнее исследование ночного неба в следующем году, также, как ожидается, соберет свой собственный урожай черных дыр-изгоев, как и космический телескоп НАСА Нэнси Грейс Рим, настроенный на запуск в 2027 году.
На данный момент это мрачное открытие предсказывает светлое будущее поиска. Бродячие черные дыры звездной массы, предсказанные давно, но подтвержденные наблюдениями только сейчас. Определение их истинного количества, массы и других свойств может укрепить наши все еще неполные теории звездной эволюции или выявить новые важные пробелы в нашем понимании. «Мы ждали этого открытия много-много лет, — говорит Выжиковски. «Это показывает, что этот метод работает. Гравитационное микролинзирование — это способ найти эти изолированные черные дыры».
на картинке: Художественное видение черной дыры на богатом фоне звезд. Огромное гравитационное поле черной дыры создает вокруг нее искривленную область пространства-времени, «гравитационную линзу», которая искажает свет от фоновых звезд.
1 мая 1979 года вышел номер научного журнала «Астрономия и Астрофизика», который мгновенно «навёл шороху» в учёном сообществе. На страницах с 228 по 235 была опубликована статья французского учёного, работавшего в Национальном центре научных исследований Франции. Жан-Пьер Люмине (в переводе с латыни — «свет», как иронично). Он с помощью компьютера IBM 7040, работавшего на перфокартах, смоделировал примерное гравитационное поле гипотетической чёрной дыры. Как следует из статьи, Люмине опирался на исследования многих учёных, но особо выделил исследования 1973—1974 года Кипа Торна, Дона Пейджа и Игоря Новикова.
Самое интересное только начинается — Жан-Пьер смог вытянуть из компьютера только расчёт гравитационных потенциалов чёрной дыры. И тут в ход пошли художественные навыки учёного, который очень недурно рисовал (и даже писал музыку). С помощью туши и рапидографа (заправляемый маркер) Люмине вручную создал изображение чёрной дыры и её аккреционного диска. Так как тушь была чёрной, то ему потом пришлось создать негатив изображения, чтобы приблизиться к реальному виду чёрной дыры.
В апреле 2019 года Консорциум телескопов горизонта событий подтвердил предсказания Люмине. Именно тогда и было создано первое телескопическое изображение сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики М 87.
Обычно эта область скрыта от наблюдений космической пылью, но ученым удалось туда заглянуть и запечатлеть происходящую там красоту – например, сверхмассивную черную дыру и взрыв сверхновой.
Центр нашей Галактики скрыт большим облаком космической пыли, что затрудняет его наблюдение оптическими приборами, но радиоволны способны проникнуть сквозь эту пыль. Ученые объединили 20 отдельных радионаблюдений в 100-мегапиксельную «мозаику» беспрецедентной четкости и глубины. Фото показывают центр Млечного Пути, который находится примерно в 25 000 световых годах от Земли.
Чтобы создать это изображение, астрономы использовали 200 часов времени на телескопе MeerKAT. Состоящий из 64 антенн, разбросанных по диаметру 8 километров, MeerKAT является самым чувствительным радиотелескопом в мире. Над изображением работала международная группа ученых под руководством Южноафриканской радиоастрономической обсерватории (SARAO).
Яркими цветами на снимке показаны регионы сильного радиоизлучения, серый фон соответствует участкам с менее интенсивным излучением. Изображение также включает звездные питомники, вспыхивающие звезды и хаотичную область вокруг сверхмассивной черной дыры Стрельцом А*, масса которой примерно в 4 миллиона раз превышает массу Солнца. Также видны многочисленные компактные источники радиоволн, многие из которых могут быть сверхмассивными черными дырами в центрах галактик далеко за пределами нашей.
Новая мозаика также выявила почти 1000 таинственных нитей, которые простираются до 150 световых лет в длину и обладают сильными магнитными полями. Эти нити расположены парами и пучками, часто сложены на одинаковом расстоянии друг от друга, как струны на арфе.
Эти нити обнаружил более 35 лет назад астрофизик Фархад Юсеф-Заде из Северо-Западного университета в Эванстоне, но их происхождение до сих пор остается загадкой. Новое изображение выявило в 10 раз больше нитей, чем было известно ранее, и, возможно, это поможет ученым приблизиться к пониманию природы этого явления.
«Теперь мы, наконец, видим общую картину – панорамный вид, заполненный множеством нитей. Простое изучение нескольких нитей затрудняет какой-либо реальный вывод о том, что они собой представляют и откуда взялись. Это водораздел в продвижении нашего понимания этих структур», – Фархад Юсеф-Заде.
Новые результаты подтверждают, что все эти нити обладают магнитным полем, намного более сильным, чем мы обычно ожидаем от галактики. Теперь «нам нужна теоретическая модель, чтобы объяснить, как магнитное поле усиливается до таких высоких значений», – говорит Юсеф-Заде.
Многое еще остается неизвестным об этих нитях, например, движутся ли они или меняются со временем. Тем не менее, новые результаты показывают, что длины волн света, излучаемого нитями, различаются гораздо больше, чем то, что видно из остатков сверхновых. Это позволяет предположить, что они имеют различное происхождение.
В настоящее время исследователи идентифицируют и каталогизируют каждую нить, отмечая такие детали, как их угол, кривая, магнитное поле, спектр и интенсивность. Понимание этих свойств может дать астрофизическому сообществу больше информации об их неуловимой природе.
С помощью радиотелескопа MeerKAT ученые получили новое большое изображение центра Галактики. На нем видно около тысячи висящих в космосе нитевидных структур. Эти загадочные объекты вытянулись в пространстве на 150 световых лет.
Центр Галактики в радиодиапазоне
Радиотелескоп MeerKAT расположен в Южно-Африканской Республике. Он состоит из 64 антенн и его чувствительность достаточна для того, чтобы его можно было использовать для изучения структур в центре нашей Галактики. Недавно астрономы скомбинировали данные, полученные на протяжении 200 часов наблюдений, осуществленных с помощью этого инструмента, и получили новое большое изображение.
Это изображение раскрывает структуру радиоисточников возле центра Млечного Пути с невиданной по сей день глубиной и четкостью. На нем астрономы увидели более 1000 необычных нитевидных объектов. Загадочные волокна вытянулись в пространстве более чем на 150 световых лет по обе стороны от главной плоскости нашей звездной системы.
Ранее ученые уже видели такие нитевидные образования. Но до сих пор данные MeerKAT позволяли рассмотреть лишь некоторые из них, будто астрономы были близорукими. Из нового изображения исследователи узнали, что почти весь центр Галактики «исчерчен» этими загадочными нитями. Их природа остается непонятной. Но из того, что открытие сделано в радиодиапазоне, можно предположить, что они состоят из газа или плазмы, в которых протекают электромагнитные явления.
Примечательно, что новое изображение не является снимком, сделанным в определенном диапазоне электромагнитных волн. Это компьютерная картинка, на которую цветами нанесены точки с определенной интенсивностью излучения. Самих «магнитных нитей» мы не видим, из-за чего об их существовании мы до сих пор не подозревали.
MeerKAT уже не в первый раз делает открытие необычных объектов в центре Млечного Пути. В 2019 году этот инструмент открыл два «радиопузыря», которые поднимаются над его серединой с обеих сторон от галактической плоскости. Новое открытие ставит перед астрономами новые вопросы. Таинственные структуры разбросаны в пространстве не случайно. Они собраны в группы и за их пределами почти не встречаются.
По материалам: www.sciencealert.com
Одна вакансия, два кандидата. Сможете выбрать лучшего? И так пять раз.
Вот тут было под вопросом, Телепорт или черная дыра?
А здесь уже ясно