Недавнее исследование с использованием данных рентгеновской обсерватории НАСА "Чандра" показало, что большинство небольших галактик, вероятно, не имеют сверхмассивных черных дыр в центрах. Это опровергает распространенное представление о том, что такие дыры присутствуют почти в каждой галактике. "Чандра" лидирует в изучении космоса благодаря своим возможностям.

Команда астрономов проанализировала данные более чем 1600 галактик, собранные за два десятилетия. Обзор включал галактики от гигантов (масса в 10 раз больше Млечного Пути) до карликовых (меньше нескольких процентов массы нашей галактики). Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal.

Выводы: только около 30% карликовых галактик содержат сверхмассивные черные дыры, в то время как более 90% крупных галактик (включая похожие на Млечный Путь) — да. Ключевой исследователь Фань Цзоу из Мичиганского университета отметил: "Это важно не только для подсчета, но и для понимания образования черных дыр и будущих обнаружений с помощью новых телескопов".

Вещество, падающее на черные дыры, излучает рентгеновские лучи. Крупные галактики часто показывают яркие источники, указывающие на присутствие дыр. Малые галактики (масса менее 3 млрд солнечных масс, как Большое Магелланово Облако) обычно таких сигналов не дают.

Ученые рассмотрели две причины отсутствия сигналов: меньшую долю дыр в малых галактиках или слабость излучения от них. Соавтор Елена Галло (тоже из Мичигана) уточнила: "В малых галактиках черных дыр меньше, чем в крупных".

Анализ выборки подтвердил, что дефицит превышает ожидания от слабости сигналов — он указывает на реальное отсутствие дыр. Дыры меньшего размера поглощают меньше газа, поэтому слабее в рентгене, но разница слишком велика.

Это влияет на теорию образования супермассивных дыр. Одна теория — прямой коллапс гигантского газового облака в дыру тысячкратной солнечной массы. Другая — рост из меньших дыр от звездных коллапсов. Соавтор Анил Сет (Университет Юты): "Большие дыры редки и возникают в самых массивных галактиках, объясняя отсутствие в малых".

Исследование подтверждает первую теорию: вторая предсказывала бы схожую долю дыр в галактиках любого размера.

Последствия: меньше слияний черных дыр от столкновений карликовых галактик, что снизит обнаружение гравитационных волн (например, с помощью LISA в будущем).

Астрономы из Института ядерной физики Макса Планка и их коллеги обнаружили новый источник гамма-излучения в окрестностях звездного скопления Вестерлунд 1, проливая свет на механизмы ускорения космических лучей и образования гигантских "суперпузырей". С помощью данных с телескопов H.E.S.S. и Fermi, исследователи связали асимметричную структуру гамма-излучения с оттоком вещества из скопления, которое проталкивает частицы за пределы галактического диска. Это открытие подтверждает роль молодых массивных скоплений в транспорт космических лучей, влияя на понимание эволюции галактик.

Звездные скопления играют ключевую роль в жизни галактик, служа местом рождения новых звезд. Часто они содержат массивные звезды — с массой в десятки солнечных — чьи мощные stellarные ветры коллективно создают "суперпузыри": гигантские полости в межзвездной среде, очищенные от газа и пыли. Эти скопления также являются источниками высокоэнергетических частиц — космических лучей, — но изучать их напрямую сложно из-за отклонения заряженных частиц магнитными полями. Вместо этого астрономы фокусируются на гамма-излучении высокой энергии, которое космические лучи генерируют и которое распространяется по прямым линиям.

В Млечном Пути выделяется скопление Вестерлунд 1: ближайшее и самое массивное из известных массивных скоплений, расположенное примерно в 13 000 световых годах от Земли. Оно ярко светится и активно рождает звезды, производя множество космических лучей. Ранние наблюдения с помощью системы телескопов H.E.S.S. подтвердили присутствие тераэлектронвольтного (ТэВ, 10¹² эВ) гамма-излучения вокруг Вестерлунд 1, проявляющегося как кольцеобразная структура. Это излучение связано с ускорением частиц на фронте ударной волны от коллективного ветра звезд. Однако кольцо было асимметричным: с "хвостом" в одном направлении, причины которого оставались загадкой.

Теперь международная команда астрономов во главе с профессором Марианной Лемуан-Гумар из университета Бордо и доктором Ларсом Мурманом из H.E.S.S. collaboration представила новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications. Используя данные космического гамма-телескопа Fermi, чувствительного к гигаэлектронвольтным (ГэВ, 10⁹ эВ) энергиям, ученые обнаружили дополнительный источник гамма-излучения на расстоянии около 320 световых лет от Вестерлунд 1 — именно в направлении хвоста ТэВ-структуры.

"Это гамма-излучение сильно связано с наблюдаемым ТэВ-излучением по пространственным характеристикам и спектрам, что указывает на общее происхождение", — объясняет Лемуан-Гумар, первый автор работы. Дополнительные наблюдения на 21-сантиметровой линии водорода выявили дефицит плотности газа в области нового источника, совпадающий с положением гамма-излучения. Это позволило предположить, что мы наблюдаем отток вещества из скопления, проталкивающий частицы от плоскости галактики и формирующий полость.

Моделирование показывает, что оба типа гамма-излучения возникают от электронов космических лучей, ускоренных на фронте ударной волны вблизи Вестерлунд 1 через процесс обратного комптоновского рассеяния. Высокоэнергетичные электроны испускают ТэВ-излучение рядом со скоплением, теряя энергию быстро. Более низкоэнергетичные электроны перемещаются дальше по потоку, генерируя ГэВ-излучение на большом расстоянии. Однако эти электроны сопровождаются другими компонентами космических лучей — протонами и тяжелыми ядрами.

"Это открытие — первое наблюдательное подтверждение сценария, где суперпузырь вокруг массивного скопления асимметрично расширяется из-за градиента плотности среды, формируя зарождающийся отток", — добавляет Люсия Харер, докторантка в MPIK, разработавшая теоретическую модель.

Ученые предполагают, что такой поток через миллионы лет вырвется за пределы галактического диска, открыв канал для переноса космических лучей в галактическое гало. Этот процесс важен для эволюции галактик, но ранее не имел подтверждений. "Результаты подчеркивают, что потоки частиц могут быть распространены вокруг молодых массивных скоплений", — отмечает Мурман.

Будущие наблюдения с помощью Cherenkov Telescope Array и исследований других скоплений помогут определить, является ли открытие у Вестерлунд 1 уникальным или типичным. Это исследование не только уточняет механизмы звездных скоплений, но и расширяет наше видение космоса.

Учёные-планетологи из США, Чехии и Аргентины, используя суперкомпьютерное моделирование, раскрыли неожиданную структуру внутренней части облака Оорта — гигантского скопления ледяных тел на окраинах Солнечной системы. Оказалось, что она не является ни сферой, ни плоским диском, а представляет собой долгоживущую спиральную формацию с двумя рукавами. Эта структура формируется под влиянием гравитационных взаимодействий Солнца, планет и галактических сил. Хотя облако Оорта остаётся недоступным для прямого наблюдения, его наличие подтверждается анализом траекторий прилетающих комет. Аналогичные структуры выявлены вокруг других звёзд, что подкреплляет гипотезу о существовании подобных объектов в Млечном Пути. Исследование проливает свет на эволюцию Солнечной системы и может указывать на наличие невидимых планет поблизости.

Облако Оорта — это гипотетическое (основанное на научных доказательствах) скопление ледяных астероидов и кометных ядер, простирающееся от границы орбиты Нептуна на расстоянии около 5000 астрономических единиц (а.е., примерно 0,08 световых лет) до 1–2 световых лет от Солнца. Его существование постулируется ещё в 1950-х годах Эриком Оортом, основываясь на том, что многие долгопериодические кометы приходят "из ниоткуда" — с далёких траекторий, не связанных с известными регионами Солнечной системы. Аналогичные образования, известные как рассеянный диск или облако Хилла, обнаружены астрономами вокруг других звёзд, что укрепляет вероятность существования облака Оорта вокруг нашего Солнца.

Новое исследование, проведённое международной командой планетологов, использовало мощные суперкомпьютеры для симуляции гравитационных взаимодействий. Они смоделировали, как планетарные возмущения, притяжение Млечного Пути и пролёты близких звёзд сформировали внутреннюю часть облака около 4,6 миллиарда лет назад — во времена рождения Солнечной системы. Результаты показали, что эта область не хаотична, а организована в стабильную спиральную структуру с двумя рукавами, которая сохраняется миллиарды лет.

Ранее учёные полагали, что внутреннее облако Оорта представляет собой сферическую оболочку или плоский диск, параллельный плоскости эклиптики, где тела сильнее подвержены влиянию Солнца, чем звёзд. Однако симуляции выявили более сложную динамику: гравитационные эффекты, включая влияние гигантских планет (вспомним теорию Планеты Девять — гипотетической десятой планеты), создают устойчивую спираль. Эта структура влияет на орбиты внутренних тел, делая их менее подверженными внешним возмущениям, в отличие от внешней части облака, считавшейся основным источником долгопериодических комет (с периодом обращения более 200 лет).

В 2023 году другие исследователи высказали предположение, что в облаке Оорта могут скрываться неизвестные планеты, никогда не освещаемые Солнцем, — в дополнение к возможным Планете Девять (или Планете X) и ещё одному объекту (Планете 10). Это исследование усиливает интерес к теме, подчёркивая, что Солнечная система может быть гораздо более разнообразной, чем предполагалось.

К сожалению, прямые наблюдения внутренней структуры облака Оорта невозможны: ледяные тела не отражают солнечный свет и не видны с Земли. Однако косвенные доказательства уже существуют. Ранее астрономы выявили группу долгопериодических комет, чьи афелии (наиболее далёкие от Солнца точки орбит) сосредоточены в так называемой "пустой эклиптике" — регионе, где орбиты редко пересекаются с плоскостью эклиптики. Это может быть следом спиральной структуры, которая формирует такие кластеры.

"Моделирование показывает, что спираль не только стабильна, но и эволюционирует крайне медленно, — отмечает один из участников исследования из Университета Йиля (Чехия). — Это помогает понять, как наша Солнечная система развивалась под влиянием галактических факторов, и может натолкнуть на поиски подобных структур у звёзд Млечного Пути".

Поиск таких формаций вокруг других звёзд также сталкивается с трудностями, так как они не светятся самостоятельно. Тем не менее, косвенные методы, такие как анализ блеска звёзд при прохождении объектов по диску или изучение кометных потоков, могут в будущем подтвердить открытия. В итоге, это исследование не только уточняет картину далёкой "окраины" нашей системы, но и открывает путь к изучению планетарных систем за пределами Земли.