Физики из Копенгагенского университета начали использовать гигантские магнитные поля скоплений галактик для наблюдения за удаленными черными дырами в поисках аксионов — гипотетических элементарных частиц, которые могут объяснить природу темной материи, составляющей около 80% массы Вселенной.

Аксионы, будучи крайне легкими по сравнению с другими частицами, до сих пор не были обнаружены. Вместо традиционных методов с использованием ускорителей частиц на Земле, исследователи обратились к космосу, рассматривая его как естественный ускоритель. Они искали электромагнитное излучение из ядер далеких галактик, в которых находятся сверхмассивные черные дыры, и наблюдали, как это излучение проходит через магнитные поля скоплений галактик, что могло привести к преобразованию фотонов в аксионы.

Для анализа данных команда объединила информацию из 32 сверхмассивных черных дыр. При изучении данных они обнаружили закономерность, напоминающую сигнатуру аксионов. "Объединив данные из множества источников, мы смогли преобразовать шум в четкую, узнаваемую картину", говорит Олег Ручайский, доцент Института Нильса Бора и старший автор статьи в журнале Nature Astronomy.

Хотя это открытие не является окончательным доказательством существования аксионов, оно приближает нас к пониманию темной материи. "Метод значительно расширил наши знания об аксионах и позволил нанести на карту области, где их нет, что сужает пространство для поиска", — добавляет постдок Лидия Задорожная.

Метод, использованный в исследовании, может быть адаптирован для других типов электромагнитного излучения, таких как рентгеновские лучи. "Это не единовременное достижение; метод открывает новый путь к изучению этих частиц и может быть повторен в других экспериментах", — заключает Задорожная.

Это её вытянутая орбита:

История открытия

20 января 2016 года в журнале The Astronomical Journal была опубликована важная статья Майкла Брауна и Константина Батыгина под названием «Evidence for a distant giant planet in the Solar System» («Доказательства существования далёкой гигантской планеты в Солнечной системе»). Непосредственно обнаружить планету пока не удалось.

Индийские астрономы, используя космические обсерватории НАСА "Чандра" и ЕКА "XMM-Newton", провели исследование совокупности сверхмощных рентгеновских источников в галактике NGC 5813, что привело к открытию нового источника такого типа. Результаты наблюдательной кампании были опубликованы 7 августа на сервере предварительной печати arXiv.

Сверхмощные рентгеновские источники (ULXS) представляют собой внегалактические точечные источники, которые излучают рентгеновские лучи с яркостью, превышающей миллион солнечных светимостей на всех длинах волн. Хотя предполагается, что в них могут находиться нейтронные звезды или черные дыры звездной массы, их истинная природа остаётся неясной.

Галактика NGC 5813 — это гигантская эллиптическая галактика, расположенная на расстоянии около 105 миллионов световых лет. Она входит в группу галактик NGC 5846 в сверхскоплении Девы. Предыдущие наблюдения показали, что в NGC 5813 находится сверхмассивная черная дыра массой около 280 миллионов солнечных масс, а также активное галактическое ядро (AGN), известное своим радиоизлучением. Галактика имеет кинематически отличное ядро и содержит как красные, так и синие шаровые скопления.

Считается, что NGC 5813 содержит необычно большое количество ULX, и на сегодняшний день в этой галактике было обнаружено восемь таких источников. Популяция ULXS в NGC 5813 была исследована группой астрономов под руководством Т. Р. Раджалакшми из Университета Махатмы Ганди в Керале, Индия.

"Сообщалось, что NGC 5813, центральная доминирующая галактика (cD) в группе галактик NGC 5846, демонстрирует признаки возможного недавнего слияния и имеет необычно большое количество ULX. Мы провели спектральные исследования постоянных ULX в галактике, используя наблюдения Chandra и XMM-Newton", — пишут исследователи в своей статье.

Использование обсерваторий "Чандра" и "XMM-Newton" позволило команде Раджалакшми повторно идентифицировать четыре известных ULX в NGC 5813 и выяснить, что два других ранее упомянутых ULX являются затмевающими двойными звёздами и источниками на переднем плане. Важным открытием стало нахождение нового ULX, получившего обозначение CXOJ150101.11+014119.80 (S4).

Согласно результатам исследования, CXOJ150101.11+014119.80 (S4) был обнаружен примерно в 2,65 угловых минутах от центра NGC 5813. Повторно идентифицированные ULX находились на расстояниях от 0,43 до 1,97 угловых минут.

Наиболее ярким ULX из пяти исследованных стал один из ранее известных источников, обозначенный как CXOJ150116.555+014133.97 (S5), со средней светимостью 14,5 двенадцатициллионов эрг/с. Четыре других источника имеют среднюю светимость в диапазоне от 1,5 до 3,82 дуодециллиона эрг/с.

Наблюдения показали, что ни один из ULX в NGC 5813 не демонстрирует изменчивости в пределах наблюдений. Однако CXOJ150116.555+014133.97 (S5) показал частичную изменчивость между наблюдениями, составившую приблизительно 15,1%. Исследователи отметили, что нет однозначных свидетельств долгосрочной изменчивости (в течение многих лет) у исследуемых ULXS.

Кроме того, одно из исследованных ULX в NGC 5813, известное как CXOJ150104.927+014136.02 (S6), имеет средний фотонный индекс менее 1,0. Это указывает на возможность наличия нейтронной звезды, поэтому авторы статьи классифицировали этот источник как потенциального кандидата на пульсар ULX.

Коричневые карлики имеют низкую светимость (менее 0,04 солнечных светимостей) и температуру, не превышающую 2800 K, а у самых холодных из них она может быть около 300 K. Радиусы коричневых карликов близки к радиусу Юпитера. В их недрах могут происходить реакции горения дейтерия, лития и водорода, однако эти элементы быстро исчерпываются.

Различить коричневые карлики, звёзды и планеты бывает сложно. Самые массивные коричневые карлики могут иметь светимость, сравнимую с тусклыми звёздами, тогда как легкие коричневые карлики напоминают планеты-гиганты. Для определения типа объекта можно измерить количество лития и ускорение свободного падения, которое у коричневых карликов значительно больше.

Коричневые карлики формируются путём коллапса молекулярных облаков, но не выходят на главную последовательность, как звёзды. В конце своей эволюции они тускнеют и становятся чёрными карликами. Существование коричневых карликов было предсказано в 1963 году, а первый подтверждённый коричневый карлик, Глизе 229 B, был обнаружен в 1995 году.

Коричневые карлики полностью конвективны, и в их атмосферах могут образовываться молекулы и частицы пыли. При температурах ниже 2500 K в атмосферах могут формироваться облака, а также происходить метеорологические явления.

Спектральный класс Коричневых карликов.

Коричневые карлики делятся на четыре спектральных класса: M, L, T и Y, в зависимости от температуры и состава их атмосферы. Класс M включает самые молодые и массивные коричневые карлики, класс L — более холодные, класс T — метановые карлики, а класс Y — самые холодные, с наличием аммиака в спектрах.

Международная команда астрономов, использующая аппарат NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), бросила вызов нашему пониманию процессов, происходящих с материей вблизи черной дыры.

С помощью IXPE астрономы изучают поступающие рентгеновские лучи и измеряют поляризацию — свойство света, описывающее направление его электрического поля. Степень поляризации показывает, насколько колебания согласованы друг с другом, что позволяет ученым определять местоположение короны — области горячей, намагниченной плазмы вокруг черной дыры, и механизм генерации рентгеновских лучей.

В апреле астрономы измерили степень поляризации черной дыры IGR J17091-3624 в 9,1%, что значительно выше ожидаемого на основе теоретических моделей. "Это необычный источник, который то тускнеет, то становится ярче, и IXPE позволил нам изучить его по-новому", отметила Мелисса Юинг из Университета Ньюкасла, возглавившая исследование.

В рентгеновских двойных системах черная дыра притягивает вещество из соседней звезды, формируя аккреционный диск. Корона в этом диске может достигать температур до 1,8 миллиарда градусов по Фаренгейту и излучать яркие рентгеновские лучи. Несмотря на яркость короны IGR J17091-3624, находящейся на расстоянии 28 000 световых лет от Земли, астрономы не могут получить ее изображение.

"Высокая степень поляризации обычно соответствует четкому обзору короны", — сказал Джорджио Матт из Университета Рома-Тре. "Необходимы дальнейшие исследования, чтобы объяснить характер затемнения, что может помочь в понимании этой категории черных дыр".

Звездный спутник черной дыры недостаточно яркий для определения угла обзора системы, но необычные изменения яркости, наблюдаемые IXPE, предполагают, что край аккреционного диска обращен к Земле.

Исследователи рассмотрели несколько моделей объяснения высокой степени поляризации. Одна из них предполагает "ветер" из вещества, поднятого аккреционным диском и унесенного прочь, что может привести к комптоновскому рассеянию рентгеновских лучей. "Эти ветры важны для понимания роста черных дыр", отметил Максим Парра из Университета Эхимэ.

Другая модель предполагает, что плазма в короне излучается с релятивистскими скоростями, усиливающими наблюдаемую поляризацию. Исследователи продолжат моделирование и проверку прогнозов, чтобы лучше понять высокую степень поляризации для будущих исследований.