NASA выпустило новый анимационный ролик, который даёт зрителю полное представление о размерах сверхмассивных чёрных дыр по сравнению с Солнцем и Солнечной системой. Камера в ролике летит прочь от Солнца и на меняющемся масштабе нам показывают сравнительные размеры сверхмассивных чёрных дыр от нижней наблюдаемой границы до верхней. Все показанные в ролике чёрные дыры имеют реальные и измеренные параметры, и они чудовищны по масштабам.

Источник изображения: Pixabay

Ролик начинается с показа сверхмассивной чёрной дыры (СМЧД) в карликовой галактике под названием J1601+3113. Это объект массой около 100 000 солнечных масс. Строго говоря, чёрная дыра — это компактный сверхмассивный объект. Это условная точка (сингулярность) с огромной массой. Но вокруг неё образуется горизонт событий, который ничто не может покинуть, даже свет.

Радиус горизонта событий соответствует гравитационному радиусу Шварцшильда. Для СМЧД J1601+3113 радиус Шварцшильда (горизонт событий) чуть меньше радиуса Солнца. Но зато благодаря своей тени вокруг горизонта событий СМЧД J1601+3113 выглядит в два раза больше Солнца. Например, если бы Солнце было чёрной дырой, то его радиус Шварцшильда составил бы всего 2,95 км. Иными словами, диаметр горизонта событий у Солнца был бы равен примерно 6 км.

Следующей на видео показана СМЧД в центре одной из близких к нам галактик Циркуль. Размеры объекта вместе с его тенью сравнимы с радиусом орбиты Меркурия. Эта сверхмассивная чёрная дыра имеет 4 млн масс Солнца. Сверхмассивная чёрная дыра меньшей массы — 2,5 млн солнечных масс — за счёт своей тени выглядит масштабнее предыдущего объекта и сравнима уже с радиусом орбиты Земли. Это СМЧД в центре карликовой галактики M32 — ближайшем спутнике галактики Андромеда.

В центре нашей галактики Млечный Путь ещё более масштабный объект — Стрелец А* (Sagittarius A*), масса которого составляет около 4,3 млн солнечных масс, а по своим масштабам он сравним с диаметром орбиты Земли.

Дальше на видео показывается орбита Юпитера и меньшая из двух СМЧД в центре галактики NGC 7727. Меньшая чёрная дыра имеет массу 6,3 млн солнечных масс, а большая —154 млн. Когда-то они были единственными чёрными дырами в центрах своих галактик, но после слияния галактик чёрные дыры из их центров начали сближаться и когда-нибудь сольются в один объект ещё большей массы. Большая СМЧД из этой пары сравнима с диаметром орбиты пояса Койпера.

Дальше масштаб Солнечной системы пропадает и СМЧД массой 2,5 млрд солнечных масс в центре радиогалактики Лебедь А (Cygnus A) позирует на фоне малыша в лице галактики Андромеда. Но даже эти размеры меркнут на фоне СМЧД массой 5,7 млрд солнечных масс в галактике M87. Кстати, это её, точнее, изображение её тени удалось получить непосредственным наблюдением впервые в истории земной науки.

Наконец, появляется настоящее чудовище массой 66 млрд солнечных масс. Это СМЧД TON-618, удалённая от нас на более чем 10 млрд световых лет. Рядом такое счастье точно не нужно. Отдельно интересно добавить, что теоретический предел сверхмассивных чёрных дыр находится на рубеже примерно 50 млрд солнечных масс и объект TON-618 в этом плане очень и очень уникальный.

Учёные Массачусетского технологического института сделали интереснейшее открытие. Они обнаружили событие разрыва звёзды чёрной дырой сравнительно недалеко от нас — всего в 137 млн световых лет от Земли. Это самое близкое событие в истории наблюдений. Более того, впервые наблюдение сделано в инфракрасном диапазоне, чего никогда не было. Новшество открывает путь к открытиям массы событий приливных разрушений, которые раньше были пропущены.

Слева направо: научное изображение объекта во время события, эталонное изображение (по старым наблюдениям), разность в яркости, что показывает само событие, и галактика-хозяин события в оптическом диапазоне. На графиках изменение кривой блеска в спектре диапазонов. Источник изображения: Astrophysical Journal Letters

Астрономам известно около 100 событий приливных разрушений звёзд чёрными дырами в центрах далёких галактик. Считается, что такие события происходят раз в 10 тыс. лет. Пролетающая мимо чёрной дыры звезда захватывается гравитацией чёрной дыры и разрывается ею. Вещество звезды падает на дыру и вызывает вспышку энергии, которая легко наблюдается в рентгеновском и ультрафиолетовом или видимом диапазоне. Собственно, в этих диапазонах и велись наблюдения за событиями приливных разрушений.

Учёные из МТИ решили отступить от практики и взялись поискать признаки приливных разрушений в архивных данных телескопов с инфракрасными датчиками. В данных телескопа NASA NEOWISE такие данные были найдены и событие получило свой идентификатор — WTP14adbjsh. Вспышка была зафиксирована в конце 2104 года и достигла максимальной яркости к 2015 году, после чего её интенсивность начала спадать. Моделирование показало, что это не сверхновая. С большой вероятностью динамика изменения яркости события соответствует явлению приливного разрушения звезды чёрной дырой.

Удивительно, но событие WTP14adbjsh не нашло отражения в рентгеновском и оптическом диапазоне. По мнению исследователей, так вышло по той причине, что галактика NGC 7392, в центре которой сверхмассивная чёрная дыра разорвала звезду, относится к звездообразующим (голубым) галактикам. В таких галактиках много пыли и газа, которые поглощают коротковолновые излучения, но ярко светятся в инфракрасном диапазоне. Телескоп «Джеймс Уэбб» наверняка наведут в сторону этого объекта.

Сделанное учёными открытие приведёт к появлению новой методики поиска приливных разрушений звёзд в инфракрасном диапазоне. Может так статься, что этих событий намного больше, чем мы до сих пор считали. Они были крайне редки в звездообразующих галактиках, но теперь учёные знают, как отбросить пелену завесы над ними.

Наконец, событие приливного разрушения, обнаруженное астрономами МТИ, оказалось всего на 25 % удаления по сравнению с предыдущим самым близким к нам подобным событием. Оно фактически произошло на нашем «заднем дворе», как выразились авторы работы. В этом мало хорошего. Это, конечно, не сверхновая, но если вспышка от поглощения произойдёт ближе и будет направлена на Землю, наша планета может получить опасную дозу радиации. А масштаб потенциально бедствия лучше понимать заранее.

Учёным впервые удалось получить прямое изображение, на котором одновременно оказались сверхмассивная чёрная дыра и испускаемая ей релятивистская струя (джет), которая выбрасывается с близкой к световой скоростью и соединяется с материей, которую поглощает эта чёрная дыра. Событие произошло в ядре галактики Мессье 87 (М 87). Ранее удавалось получить изображение либо самой чёрной дыры, либо её джета, но не всего одновременно.

Источник изображения: eso.org

Первое в истории изображение сверхмассивной чёрной дыры М 87, которая имеет массу в 6,5 млрд раз больше солнечной и находится на расстоянии около 53 млн световых лет от Земли, было получено в 2017 году при помощи Телескопа горизонта событий (EHT), но обнародовано только через два года. Новое изображение объекта и его джета было создано на основе данных, полученных в 2018 году комплексом радиотелескопов GMVA и ALMA, а также Гренландским телескопом, которые сформировали виртуальный инструмент наблюдения планетарного масштаба — во многом как EHT.

Считается, что сверхмассивные чёрные дыры составляют ядра почти всех или вообще всех крупных галактик. И некоторые из этих объектов поглощают большое количество вещества в виде газа и пыли, а также звёзд, которым непосчастливилось оказаться слишком близко. При этом чёрные дыры выбрасывают мощные релятивистские струи вещества, которые движутся с околосветовой скоростью и имеют протяжённость в несколько тысяч световых лет — иногда далеко за пределы галактик, в которых они возникли. Однако механизмы этого процесса пока изучены недостаточно.

Помимо джета, на изображении видна так называемая тень чёрной дыры. Когда поглощаемое вещество с околосветовой скоростью вращается вокруг чёрной дыры, оно разогревается и светится — в результате образуется яркое золотистое кольцо, в центре которого находится полная тьма, и она называется тенью чёрной дыры. Новое изображение М 87 отличается от снимка, сделанного Телескопом горизонта событий — оно включает в себя излучение в диапазоне с более длинными волнами. Кроме того, на новом изображении размер кольца оказался на 50 % больше, чем на предыдущем. Это может свидетельствовать, что поглощение вещества сверхмассивной чёрной дырой происходит интенсивнее, чем считалось ранее. В будущем учёные планируют исследовать окрестности М 87 в разных диапазонах радиоволн, что поможет изучить релятивистские струи более плотно.

Группа американских учёных предприняла попытку улучшить первое в истории прямое изображение чёрной дыры — оно было получено в 2017 году, а «позировала» на этом снимке сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики M 87 (Messier 87) на расстоянии более 53 млн световых лет от Земли.

Слева оригинальное фото, справа — улучшенное ИИ. Источник изображения: iopscience.iop.org

Изображение объекта было получено в 2017 году при помощи Телескопа горизонта событий (EHT) — сети радиотелескопов планетарного масштаба, действующих как единый инструмент. В оригинальном виде снимок имеет вид «нечёткого пончика», поэтому исследователи решили улучшить его качество при помощи алгоритма PRIMO на основе машинного обучения. Как пояснили исследователи, система искусственного интеллекта была обучена на 30 000 симуляций чёрных дыр. Иными словами, ИИ оперировал данными, основанными на том, что человеку известно о законах Вселенной, и особенно о чёрных дырах.

Чёрные дыры — загадочные космические объекты, которые образуются, когда умирающие звезды коллапсируют под действием собственной гравитации. Звезда превращается в объект относительно небольшого размера, а граница чёрной дыры называется горизонтом событий, и всё его пересекающее обратно уже не возвращается, даже свет.

«На самом деле мы изучаем корреляции между различными участками снимка. Для этого мы анализируем десятки тысяч изображений высокого разрешения, созданных симуляциями», — прокомментировала проект астрофизик Лия Медейрос (Lia Medeiros). По словам исследователей, изображение согласуется с тем, что предсказывал Альберт Эйнштейн. Дополнительно повысить качество изображений помогут новые решения в области искусственного интеллекта и совершенствование приборов на телескопе.

В серии наблюдений «Хаббла» астрономы увидели явную помеху — светлый росчерк, который сочли попаданием в датчик космической частицы. Но детальное изучение снимка принесло нечто ранее невиданное. Оказалось, что на снимке чёрная дыра во всю прыть убегала из двойной системы чёрных дыр и на ходу теряла зарождающиеся звёзды. Такое-то придумать сложно, а увидеть — так просто чудо.

«Космический бильярд» глазами художника. Источник изображения: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

Согласно проделанным расчётам, сверхмассивная чёрная дыра с массой около 20 млн масс Солнца быстро удаляется от двойной системы чёрных дыр. Беглянка оставила за собой невиданный ранее шлейф из новорожденных звёзд длиной 200 000 световых лет. Длина шлейфа в два раза превышает диаметр нашей галактики Млечный Путь — это колоссальное и абсолютно необычное образование.

«Мы думаем, что видим за чёрной дырой след, в котором газ охлаждается и способен образовывать звезды. Таким образом, мы наблюдаем звездообразование за чёрной дырой, — сказал ведущий автор исследования. — То, что мы видим, это последствия. Как след за кораблем, мы видим след за чёрной дырой». Учитывая, что шлейф за чёрной дырой почти в два раза ярче связанной с ним галактики, в следе должно быть много новых звёзд, полагают учёные.

Чёрная дыра не успевает поглотить вещество позади себя, поскольку движется очень быстро. Но и летящий впереди неё газ тоже падает на дыру не весь. Это ионизированный кислород, ярко светящийся на снимке либо от аккреции вещества на дыру, либо от ударных процессов. Что там происходит точно, учёные не берутся пока судить. Для этого будут проведены дополнительные исследования, включая наблюдения с помощью «Джеймса Уэбба».

То же событие на датчиках «Хаббла». Источник изображения: NASA, ESA

Условным началом этого необычного космического бильярда можно считать вероятное образование 50 млн лет назад двойной системы из чёрных дыр — она родилась из двух сошедшихся галактик. Затем появилась третья галактика со своей сверхмассивной чёрной дырой в центре и в системе началась гравитационная разбалансировка. Одна из трёх чёрных дыр получила импульс и была выброшена из галактики-хозяина. Она полетела в одну сторону, а пара других дыр — в другую. Похоже, что двойная система чёрных дыр тоже покидает галактику-хозяина, поскольку в её центре чёрные дыры не определяются, а на границе замечена активность.

Ждём новых данных от телескопов «Джеймс Уэбб» и «Чандра». Обнаруженное астрономами событие настолько необычное, что оно ещё сможет удивить.

Анализируя данные, полученные европейским космическим телескопом Gaia, астрономы обнаружили две ближайшие к Земле чёрные дыры. Объекты получили названия Gaia BH1 и Gaia BH2 — первая наблюдается в созвездии Змееносца и находится на расстоянии 1560 световых лет от Земли; вторая обнаружена в созвездии Центавра в 3800 световых годах от нас.

Источник изображения: esa.int

Оба объекта по-своему уникальны, и обнаружить их удалось, изучив особенности движения вращающихся вокруг них звёзд-компаньонов: странные колебания указали учёным, что эти звезды вращаются вокруг неких массивных объектов — в обоих случаях их массы составляли около десяти солнечных. Массивные объекты не излучали света, поэтому очевидно, что речь идёт о чёрных дырах.

До недавнего времени все известные астрономам чёрные дыры обнаруживались посредством изучения, обычно в рентгеновском и радиодиапазонах, — его производит поглощаемое объектом вещество. Но Gaia BH1 и Gaia BH2 оказались по-настоящему чёрными, и выявить их удалось исключительно по гравитационным эффектам. Высоты орбит звёзд, вращающихся вокруг этих чёрных дыр, оказались необычно большими, что отличает их от так называемых рентгеновских двойных систем с низкой орбитой звезды вокруг чёрной дыры. Это дало учёным повод предположить, что двойные системы нового типа могут встречаться относительно часто.

Космический телескоп Gaia оказался подходящим инструментом для обнаружения подобных объектов — он с высокой точностью измеряет положение и особенности движения миллиардов звёзд, что позволяет извлекать важные сведения об объектах, оказывающих на эти звезды гравитационное воздействие. К таким объектам относятся другие звезды, планеты и чёрные дыры.

Следы Gaia BH2 в рентгеновском и радиодиапазонах попытались обнаружить специалисты, работающие с американской космической рентгеновской обсерваторией «Чандра» (Chandra X-ray Observatory) и радиотелескопом MeerKAT в ЮАР. В обоих случаях ничего обнаружить не удалось, и эта информация как раз представляет большую ценность. Звезда-компаньон испускает большие объёмы частиц в виде звёздного ветра, и отсутствие излучения указывает, что чёрная дыра поглощает не так много вещества, поскольку её горизонт событий пересекает небольшое число частиц. И учёные пока не нашли ответа, почему так происходит.

Всего час наблюдений «Джеймса Уэбба» за галактикой в ранней Вселенной помог сделать открытие, которое может стать мостиком к раскрытию одной из загадок в эволюции Вселенной — как и каким образом образовались первые сверхмассивные чёрные дыры, если во время их роста не было необходимых для этого условий. Эволюция чёрных дыр изобилует пробелами, и все новые данные о них имеют особую ценность.

Источник изображения: Pixabay

Открытие сделано при наблюдении за галактикой EGSY8p7 (позже переименована в CEERS_1019), обнаруженной ещё в данных «Хаббла» в 2015 году. Это галактика из ранней Вселенной, примерно в 570 млн лет от Большого взрыва. Удалённость объекта и эффект расширения Вселенной сместили свет от неё далеко в инфракрасную область — это как раз специализация «Джеймса Уэбба».

Первоначально объект EGSY8p7 был интересен учёным по причине ярчайшего проявления эффекта звездообразования. Чувствительные спектрометры «Уэбба» увидели в спектре галактики влияние иных явлений, кроме звездообразования. Оказалось, у EGSY8p7 (CEERS_1019) активное галактическое ядро, что означает наличие там активно растущей сверхмассивной чёрной дыры. Увидеть одновременно оба явления — это оказалось удивительным.

Расчёты показали, что масса чёрной дыры у EGSY8p7 в 10 млн раз превышает массу Солнца. Это относит её к нижнему уровню сверхмассивных чёрных дыр. Это не первый подобный объект в ранней Вселенной. Ранее там были открыты гораздо более крупные чёрные дыры: галактика-квазар J1342+0928, обнаруженная в 690 млн лет после Большого взрыва, имеет сверхмассивную чёрную дыру массой в 800 миллионов Солнц, а чёрная дыра в J0313-1806, обнаруженная в 670 млн лет после Большого взрыва, имеет массу 1,6 млрд Солнц.

В то же время в обоих галактиках-квазарах в спектре доминирует активное ядро, чего нет в случае галактики EGSY8p7. Поэтому она может быть промежуточным этапом в эволюции сверхмассивных чёрных дыр. А ведь «Уэббу» дали только час на совершение этого интересного открытия! Учёные уверены, что вскоре «Джеймс Уэбб» начнёт выдавать такой огромный поток новых данных по этим и другим объектам в ранней Вселенной, что наше понимание об эволюции звёзд и устройства мира перейдёт на новый качественный уровень.

9 октября 2022 года произошло небывалое ранее событие. Практически все гамма-телескопы в космосе и на Земле оказались ослеплены мощнейшей за всю историю наблюдения гамма-вспышкой. По грубым оценкам, это событие в 1000 раз превзошло интенсивность типичных гамма-всплесков. Датчики приборов не были рассчитаны на такую мощность и не смогли определить силу сигнала. Впрочем, это по чистой случайности удалось сделать китайскому телескопу.

Китайские телескопы, которые смогли. Источник изображения: IHEP

Как отметили в пресс-релизе NASA, данные о событии GRB 221009A, которое также окрестили BOAT — The brightest of all time или, по-русски, «ярчайшим за всё время», — восстанавливали всем миром, включая Россию и Китай. На основе собранной информации сделан вывод, что гамма-всплеск GRB 221009A был в 70 раз мощнее самого яркого предыдущего такого события. Также изучение статистики за всё время наблюдения гамма-вспышек, а их зафиксировано 12 тыс., позволяет сделать вывод, что подобные ярчайшие вспышки могут случаться один раз в 10 тыс. лет.

Данные по событию. Реконструкция для телескопа «Ферми». Источник изображения: NASA's Goddard Space Flight Center and Adam Goldstein (USRA)

По словам китайских астрономов, данные по вспышке GRB 221009A получены в основном благодаря небольшому китайскому орбитальному гамма-телескопу GECAM-C. Чисто случайно почти все датчики аппарата были отключены, когда он вошёл в зону наблюдения за вспышкой GRB 221009A. «Это как прищуриться, когда вы решили взглянуть на Солнце», — пояснили специалисты. Тем самым приборы измерения на борту GECAM-C не были перегружены и смогли получить наиболее полные данные по событию, которые также были дополнены данными с китайского рентгеновского телескопа Insight-HXMT.

По оценкам китайских учёных, интенсивность GRB 221009A была ниже — лишь в 50 раз мощнее самого яркого из прежде зафиксированных всплесков. Обнаружена другая странность. Луч выброса был очень и очень узким — всего 0,7 °, тогда как раскрытие ранее фиксируемых джетов обычно было порядка 5 °. Эти данные могут дать новую пищу для уточнения моделей поведения сверхновых, схлопывающихся в чёрную дыру — именно в эти моменты происходят гамма-всплески, как считают учёные. По их мнению, гамма-всплеск — это первый вздох только что родившейся чёрной дыры.

В то же время, ярчайший гамма-всплеск GRB 221009A не был самым мощным по выбросу энергии. Ярким он стал только по одной причине — он был направлен точно на Землю. Вернее, Земля оказалась на его пути, ведь само событие произошло 2 млрд лет назад и луч преодолел это расстояние за соответствующее количество лет. Очень хорошо, что такое происходит не так часто, не с такой точностью и не так близко. Если подобный выброс даже краешком затронет Землю после возникновения в нашей галактике, наша планета может стать стерильной от любой биологической жизни.

Учёные из Даремского университета в Великобритании смогли более точно определить массу сверхмассивной чёрной дыры в центре массивного галактического скопления Abell 1201 на удалении около 2,7 млрд световых лет от нас. Это оказался настоящий монстр, масса которого превышает массу Солнца в 32,7 млрд раз. Размеры горизонта события этой дыры настолько большие, что туда поместилось бы шесть Солнечных систем вместе с облаком Оорта.

Эффект гравитационного линзирования. Источник изображения: NASA, ESA & L. Calçada

Чёрная дыра в галактическом скоплении Abell 1201 неактивная и поэтому она никак не видна в наши приборы. Если бы дыра поглощала окружающее вещество, то мы могли бы видеть излучение от перегретого внутреннего края диска аккреции. Обнаружить объект помог эффект гравитационного линзирования. Он настолько сильный, учитывая сверхмассу чёрной дыры, что далёкая фоновая галактика выглядит на изображении, как натуральная бровь над глазом.

Свет от далёкой фоновой галактики искажается и усиливается благодаря эффекту искажения пространства-времени. Всё это можно использовать в расчётах, что дало первый результат при подсчёте массы чёрной дыры в центре Abell 1201. Исследователи из Даремского университета воспользовались новыми наблюдениями и смогли уточнить массу объекта. Она оказалась на 7 млрд масс Солнца больше первоначально полученного значения и это крайне интересно.

Дело в том, что нам известно всего десять сверхмассивных чёрных дыр подобной массы. Это важно, поскольку мы приближаемся к теоретическому пределу по этому показателю. Считается, что чёрная дыра не может быть тяжелее 50 млрд масс Солнца. Доказать существование объекта массой 32,7 млрд масс Солнца — это подойти ближе к теоретической границе и сделать наше понимание Вселенной чуть чётче.

«Эта конкретная чёрная дыра, которая примерно в 30 млрд раз превышает массу нашего Солнца, является одной из самых больших из когда-либо обнаруженных и находится на верхней границе того, насколько большими, по нашему мнению, теоретически могут стать чёрные дыры, поэтому это чрезвычайно захватывающее открытие», — объяснил физик Джеймс Найтингейл (James Nightingale) из Даремского университета.

Изображение Abell 1201 BCG, на котором хорошо видна линзированная галактика в виде мазка в правом верхнем квадранте. Источник изображения: Smith et al., MNRAS

Полученный результат, подтверждённый длительным моделированием, ставит чёрную дыру Abell 1021 BCG в десятку самых массивных черных дыр, обнаруженных на сегодняшний день. Диаметр горизонта событий составит более 1290 а.е. Для сравнения, расстояние от Солнца до Плутона составляет всего 40 а.е., а расстояние от Солнца до края облака Оорта не более 100 а.е. В эту чёрную дыру войдут шесть Солнечных систем в ряд вместе со своими облаками Оорта, что просто поражает воображение.

«Этот подход [методика подсчёта массы] может позволить нам обнаружить гораздо больше чёрных дыр за пределами нашей локальной Вселенной и показать, как эти экзотические объекты эволюционировали в космическом времени», — уверяют учёные. О работе рассказано в одном из престижных астрономических журналов — Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Центр Млечного Пути — самая враждебная среда нашей галактики, где любому веществу суждено быть съеденным сверхмассивной чёрной дырой в зоне её досягаемости. В каком-то смысле — это Дикий Запад Млечного Пути, пограничье. Тем удивительнее открытие зарождающейся звезды в зоне активности чёрной дыры. Там не должно быть условий для образования звёзд, но она там родилась и продолжает расти.

Центр нашей галактики в инфракрасном диапазоне. Источник изображения: NASA/SOFIA/JPL-Caltech/ESA/Herschel

Некоторое время назад астрономы обнаружили сгусток межзвёздного газа и пыли в виде кометного хвоста недалеко от чёрной дыры Стрелец А* (Sgr A*), который получил название X3. Каково же было их удивление, когда внутри был выявлен объект, оказавшийся молодой звездой. Звезду X3a внутри облака X3 помогли обнаружить множественные наблюдения в инфракрасном и инфракрасном ближнем диапазоне. Только эти излучения пробивали толстую газопылевую оболочку вокруг молодой звезды.

Анализ излучения показал, что физико-химический состав и строение объекта X3a характерны для молодой звезды. Причём родилась она по астрономическим меркам за мгновение до обнаружения — всего несколько десятков тысяч лет назад. В зоне нахождения звезды-младенца условий для её рождения не было — слишком близко чёрная дыра и слишком велико её влияние на окружающую среду, а рождаться звёзды могут только в холодном межзвёздном газе без интенсивного света в ультрафиолетовом диапазоне.

Учёные предположили, что звезда была рождена в другом месте и постепенно мигрировала туда, где её обнаружили. В принципе, у астрономов есть на примете место, где эта звезда могла родиться, и где могли также родиться другие звёзды, хотя центр галактики — не самый лучший дом для проживания звёздного населения.

Более того, младенческая звезда по мере движения в сторону чёрной дыры подъедала всё на своём пути и разрослась до гигантских размеров, если сравнивать с нашим Солнцем. Её радиус в 10 раз больше радиуса Солнца, а масса больше в 15 раз. Светимость же X3a превышает светимость Солнца в 24 тыс. раз. Впрочем, для звёзд-гигантов динамика роста выглядит обычной для столь юного возраста.

В целом объект X3a будут изучать более пристально, поскольку его существование и расположение так близко к сверхмассивной чёрной дыре бросает вызов нашему пониманию не только звездообразования, но и функционирования чёрных дыр.

Новое исследование, проведённое с помощью рентгеновского телескопа «Чандра» агентства NASA, позволило установить, что две пары сверхмассивных чёрных дыр в центрах карликовых галактик находятся на пути столкновения друг с другом. Это первое запечатлённое свидетельство такого масштабного явления обеспечит учёных важной информацией о процессах формирования галактик на ранних этапах существования Вселенной.

Космическая обсерватория «Чандра». Источник изображения: Гарвардский университет

Карликовые галактики обычно состоят из звёзд общей массой менее 3 млрд от солнечной, то есть — они примерно в 20 раз менее массивны, чем Млечный путь. Астрономы давно считали, что вскоре после Большого взрыва карликовые галактики сливались, превращаясь в структуры, существующие сегодня. Тем не менее, существующие технологии не позволяют наблюдать за слиянием первого поколения карликовых галактик, поскольку они чрезвычайно малозаметны на огромных расстояниях. Тактика наблюдений за близкорасположенными галактиками пока не принесла результатов.

Новое исследование с применением «Чандры» и сравнением результатов с данными инфракрасного телескопа Wide Infrared Survey Explorer (WISE) и оптических данных Телескопа Канада — Франция — Гавайи (CFHT) позволила составить подробную картину. «Чандра» оказался особенно полезным, поскольку материя, окружающая чёрные дыры, может нагреваться до миллионов градусов, генерируя интенсивное рентгеновское излучение. Команда учёных начала специально искать пары ярких источников рентгеновского излучения в сталкивающихся карликовых галактиках и вскоре нашла свидетельства присутствия двух пар, предположительно чёрных дыр на пересекающихся курсах.

Источник изображения: NASA

Одна пара, расположенная в галактическом скоплении Abell 133, находится в 760 млн световых годах от Земли (левый снимок). Данные «Чандры» — розового цвета, а оптические от CFHT — синего. Пара галактик пребывает в ранней стадии слияния, длинный видимый хвост создан приливными эффектами, проявившимися в результате столкновения. Учёные прозвали данное событие Mirabilis в честь вымирающего вида колибри, известного чрезвычайно длинными хвостами. Слияние галактик практически завершилось.

Вторая пара открыта в галактическом скоплении Abell 1758S в 3,2 млрд миллиардах световых лет от Земли. Сталкивающиеся галактики на снимке справа получили «прозвища» Эльстир (Elstir) и Вентейль (Vinteuil), в честь персонажей «В поисках утраченного времени» Марселя Пруста. Галактики расположены снизу и сверху соответственно. Учёные считают, что эта пара обнаружена на ранних стадиях слияния, в результате чего между галактиками образовался мост из звёзд и газа благодаря гравитационному взаимодействию.

Детали наблюдений могут обеспечить учёных информацией о далёком прошлом Млечного пути. По мнению учёных, путь слияний прошли все крупные галактики, росшие миллиарды лет. Описание результатов наблюдений опубликовано в последнем выпуске журнала The Astrophysical Journal.

Международная группа учёных утверждает, что ей удалось разгадать одну из сложнейших загадок астрофизики без необходимости дополнять существующие модели: учёные уверены, что обнаружили в чёрных дырах энергию вакуума, которая способствует расширению Вселенной.

Источник изображения: Alexander Antropov / pixabay.com

О расширении Вселенной учёные знают с двадцатых годов прошлого века, но в течение нескольких десятков лет считалось, что под действием гравитационных сил этот процесс должен замедляться. В девяностые астрономы при помощи космического телескопа «Хаббл» (Hubble) обнаружили, что происходит прямо противоположное: чем дальше объект, тем быстрее он от нас удаляется, а значит, с течением времени расширение Вселенной ускоряется. Поэтому в модели того времени ввели «тёмную энергию», которая заставляет объекты отталкиваться друг от друга. Признаки этой энергии учёные ищут повсюду, и в рамках нового исследования стало ясно, что скрываться она может внутри чёрных дыр.

Вопреки тому, чего можно было ожидать, вакуум не совсем пуст — из случайных флуктуаций производится так называемая энергия вакуума, которая может работать против гравитационных сил и воздействовать на процессы расширения Вселенной. В некоторых моделях предполагается, что энергия вакуума может обнаруживаться в чёрных дырах, и учёные утверждают, что в новом исследовании это было подтверждено наблюдениями. Для обоснования этого тезиса учёные изучили эволюцию сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик за последние 9 млрд лет. Такие чёрные дыры набирают массу за счёт поглощения пыли, газа, звёзд и других чёрных дыр, но в гигантских эллиптических галактиках, в которых газ и пыль закончились, они должны были прекратить свой рост. Однако сравнение далёких и близких эллиптических галактик показало, что сверхмассивные чёрные дыры в их центре продолжают набирать массу за счёт какого-то другого механизма. И если это энергия вакуума, то они способствуют расширению Вселенной, наращивая по мере этого свою массу — этот процесс назвали «космологической связью».

Авторы исследования утверждают, что предложенная ими модель отличает высокая точность — она не требует введения новых элементов в существующие модели, а предлагает закрывать пробелы чёрными дырами, как и предсказывала общая теория относительности Эйнштейна. Кроме того, современные модели предполагают, что чёрные дыры содержат так называемую сингулярность — точку, в которой нарушаются законы физики. Поэтому для их описания либо находят какие-то обходные пути, либо говорят, что существующие модели неполны. Если же чёрные дыры действительно содержат энергию вакуума, то сингулярностями можно больше не оперировать, и это может стать крупным прорывом в формировании научной картины мира. Но подтверждение новой модели потребует дальнейших исследований и наблюдений.

Результаты исследования учёные изложили в научных журналах The Astrophysical Journal и The Astrophysical Journal Letters.

Международная группа физиков впервые провела исследование уникального события — частичного приливного разрушения — и, что самое ценное, создала модель подобных явлений. В далёкой галактике была зафиксирована встреча звезды со сверхмассивной чёрной дырой, которая лишь частично сорвала внешнюю оболочку звезды и не смогла уничтожить её полностью. Этот случай заставит учёных по-новому взглянуть на эволюцию чёрных дыр.

Источник изображения: ESO/M. Kornmesser

Сотрудники Европейской южной обсерватории, Сиракузского университета и Института астрофизики и космических исследований имени Кавли Массачусетского технологического института опубликовали в журнале The Astrophysical Journal Letters статью, в которой рассказали о наблюдении события приливного разрушения AT2018fyk. Сначала всё шло как обычно. В рентгеновском диапазоне было зафиксировано увеличение яркости, которая постепенно снижалась и резко оборвалась через 600 дней (от звезды было оторвано вещество и оно аккрецировало на чёрную дыру). Но через 1200 дней яркость объекта снова резко возросла, что указало на повторяющееся событие.

До этого момента учёные не фиксировали во Вселенной повторяющиеся события приливного разрушения. Согласно проведенным оценкам, звезда при проходе близко к сверхмассивной чёрной дыре теряла от 1 до 10 % вещества. Если потеря приближалась к 10 %, то наблюдение за AT2018fyk больше не покажет вспышек, что будет означать полный захват чёрной дырой вещества звезды. Если звезда при сближении с чёрной дырой теряет около 1 % вещества, то вспышки будут наблюдаться ещё несколько раз.

Полученные данные позволили создать и проверить на симуляторе модель повторяющихся событий приливного разрушения. Для астрофизики это означает уточнение ряда физических характеристик сверхмассивных чёрных дыр, а также сценариев их эволюции. Теперь учёные намерены повторно изучить все ранее замеченные во Вселенной факты событий приливного разрушения, чтобы понять, насколько это явление распространено. Как минимум, это может объяснить повторяющиеся долгопериодические вспышки неизвестного происхождения из одного источника из глубин Вселенной.

Космический телескоп «Хаббл» запечатлел, как сверхмассивная чёрная дыра разрушила оказавшуюся слишком близко звезду. В результате остатки звезды образовали огромное кольцо в форме тора или пончика вокруг чёрной дыры и теперь будут постепенно поглощаться ею, что будет сопровождаться интенсивным излучением.

Поглощённая звезда находилась на расстоянии почти 300 миллионов световых лет от нас в центре изучаемой галактики ESO 583-G004. Это мощное столкновение было достаточно близким к Земле и достаточно ярким, чтобы команда «Хаббла» смогла проводить исследования спектра излучения поглощаемой звезды в течение более длительного, чем обычно, периода времени. Учёные использовали высочайшую чувствительность «Хаббла» в ультрафиолетовом диапазоне для спектрального анализа, который показал наличие водорода, углерода и других элементов.

Подобные события разрушения звёзд чёрными дырами астрономы называют «приливными разрушениями». «Таких явлений, наблюдаемых в ультрафиолетовом свете, по-прежнему очень мало, учитывая время наблюдения. Это действительно прискорбно, потому что из ультрафиолетовых спектров можно получить много информации», — сказала Эмили Энгельталер (Emily Engelthaler) из Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского института в Кембридже, штат Массачусетс. «Мы взволнованы, потому что можем получить эти подробности о том, что делают обломки. Приливное событие может многое рассказать нам о чёрной дыре. Изменения в состоянии обречённой звезды происходят на протяжении дней или месяцев».

Спектроскопические данные «Хаббла» интерпретируются как исходящие из очень яркого, горячего газового образования в форме тора, которое когда-то было звездой. Эта область размером с Солнечную систему вращается вокруг чёрной дыры.

Астрономы с помощью различных телескопов зафиксировали около 100 событий приливного разрушения вокруг чёрных дыр. NASA недавно сообщило, что ещё 1 марта 2021 года несколько её высокоэнергетических космических обсерваторий зафиксировали подобное событие приливного разрушения чёрной дыры в другой галактике. В отличие от наблюдений «Хаббла», данные были собраны в рентгеновском спектре чрезвычайно горячей короны, образовавшейся вокруг чёрной дыры из останков уничтоженной звезды.

Результаты были представлены на 241-м собрании Американского астрономического общества в Сиэтле, штат Вашингтон.

Американские учёные рассказали о двух сверхтяжёлых нейтронных звёздах, продолжительность жизни которых составила считанные доли секунды, после чего они превратились в чёрные дыры. Данные об этом обнаружились в архивах данных, собранных космической гамма-обсерваторией «Комптон» ), выведенной из эксплуатации ещё в 2000 году.

Источник изображения: nasa.gov

Когда звезды в определённом диапазоне масс взрываются и формируют сверхновые, они оставляют после себя сверхплотное ядро — нейтронную звезду с диаметром в десятки километров при массе, близкой к солнечной. Часто такое бывает в двойных системах — в конечном итоге две нейтронные звезды формируют один объект. Характер этого объекта зависит от его массы: если она немногим превышает две солнечных, то объект под действием собственной гравитации схлопывается в чёрную дыру, в противном случае остаётся нейтронная звезда.

В новом исследовании американским учёным удалось обнаружить сигналы объектов промежуточной стадии — сверхтяжёлых нейтронных звёзд, которые существуют менее секунды. Согласно компьютерному моделированию, при образовании сверхтяжёлой нейтронной звезды в её гравитационных волнах возникают квазипериодические колебания, зафиксировать которые пока не может ни одна современная обсерватория. Тогда учёные предположили, что их след можно обнаружить и в гамма-диапазоне.

Для проверки этой идеи исследователи изучили данные 700 коротких гамма-всплесков, зафиксированных за последние десятилетия, и обнаружили в архивах космической гамма-обсерватории «Комптон» два события с квазипериодическими колебаниями — одно произошло в июле 1991 года, а второе пришлось на ноябрь 1993 года. По подсчётам учёных, обнаруженные сверхтяжёлые нейтронные звёзды имели массу, в 2,5 раза превышающую солнечную, и существовали не более 300 мс, после чего схлопывались в чёрные дыры. И вращались они со скоростью почти 78 000 об/мин — для сравнения, самый быстрый пульсар показывает около 43 000 об/мин.

Авторы исследования надеются, что будущие детекторы гравитационных волн будут достаточно чувствительными, чтобы собственными силами обнаруживать признаки сверхтяжёлых нейтронных звёзд — можно будет лучше изучить эти недолговечные объекты.