Сверхмассивная чёрная дыра Стрелец А*, похоже, поглощает протопланетный диск

Как открывали Стрелец А* — чёрную дыру в центре Млечного Пути

В центре нашей галактики располагается черная дыра. Она в четыре миллиона раз массивнее Солнца, и весь Млечный Путь вращается вокруг неё. Её изучение обещает нам гигантские научные прорывы, вроде понимания природы гравитации. Однако практически всю историю астрономии никто не был уверен в том, что она существует. Черные дыры не излучают свет, а имевшееся оборудование было недостаточно чувствительным, чтобы «разговорить» радиоволны, излучающиеся окружающей их материей. Лишь в 1974 году группе учёных удалось предоставить убедительные доказательства её существования. Сегодня эта черная дыра называется Стрелец А*, а её обнаружение считается одним из крупнейших открытий в истории астрономии.

Эта история началась в 30-х годах прошлого века в недрах одной всемирно известной телефонной компании. Физик по имени Карл Янский работал на «Bell Labs», и перед ним стояла довольно сложная задача — искать источники помех в трансатлантической телефонной связи. Он добросовестно выполнял свои функциональные обязанности, но по большей части засекал лишь отголоски гроз и других вполне земных явлений. Однако в какой-то момент он обнаружил ещё один источник, который, как казалось, находился где-то в межзвездном пространстве — в центре Млечного Пути, в области, именовавшейся Стрелец А.

данный источник помех не заинтриговал, так как был явно неустраним, однако астрономы проявили к нему самый живой интерес. В течение нескольких десятилетий они исследовали регион, пытаясь понять, что излучает эти радиоволны. Но, несмотря на то, что сигналы были довольно сильными, у них не было телескопов, которые могли бы выделить то, что их испускает. Это было похоже на попытку нарисовать картину неба очень большими пикселями. При этом источник волн находился в пикселе, в котором было множество других объектов.

Сверхмассивная чёрная дыра Стрелец А*, похоже, поглощает протопланетный диск

Облако газа радиусом примерно в 100 а. е., падающее на сверхмассивную чёрную дыру в центре Млечного Пути, может быть видимым следом протопланетного диска, окружающего молодую маломассивную звезду, полагают астрофизики из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже (Массачусетс, США).

Исследование, проведённое Рут Мюррей-Клэй и Абрахамом Лёебом, показывает, что планеты могут формироваться даже в мощном гравитационном поле гигантской (крупнейшей в Галактике) чёрной дыры. Это несколько необычное предположение: ранее считалось, что центр Галактики в силу интенсивных воздействий ударных волн от частых сверхновых и «гравитационных пылесосов» сверхмассивных чёрных дыр (СМЧД) плохо подходит для возникновения и эволюции протопланетных дисков.

Соответствующая работа опубликована в журнале Nature Communications.

Вот почему ранее сама идея протопланетного диска в таком месте казалась неуместной, и группа астрономов, открывших это газовое облако при помощи Очень большого телескопа (Чили), предположила, что это результат столкновения двух обычных звёзд, вещество которых после коллизии приняло форму облака.

Однако Рут Мюррей-Клэй и Абрахам Лёеб обратили внимание на то, что кольцеобразная газовая структура близка к группе молодых звёзд, что вращается в 0,03–0,04 пк (примерно 0,1 светового года) от СМЧД Стрелец А*, массой в 4,3 млн солнечных. Уже сейчас астрономы открыли тут дюжины ярких звёзд спектрального класса О, что почти неизбежно означает наличие в этом районе, возможно, сотен более тусклых звёзд, таких как Солнце.

Согласно расчётам, протопланетный диск лишён своей молодой звезды, которая падает в чёрную дыру. В силу слабой светимости саму звезду нельзя рассмотреть, однако её протопланетный диск подсвечивается ультрафиолетовым излучением от окружающих молодых светил и в настоящее время деформируется СМЧД значительно больше (именно поэтому его и смогли заметить земные астрономические инструменты).

Впрочем, у построенной модели есть существенная проблема. Сохраняется небольшая вероятность, около 0,1%, что увлечённая гравитацией чёрной дыры молодая звезда всё ещё имеет ту же орбиту, что и газовое облако.

Кроме того, согласно модели, газовое облако должно иметь относительно плотное ядро, которое, вероятно, удастся даже увидеть в телескопы по мере приближения облака к чёрной дыре и соответствующего разогрева составляющего его газа.

Обнаруженный протопланетный диск активно разрушается гравитацией СМЧД и радиацией от соседних звёзд — ведь его ближайшие к ЧД элементы проходят от неё всего в 3 100 шварцшильдовских радиусах. Однако и он, и его звезда будут предметом пристального интереса астрономов ещё очень долго. По расчётам, лишь летом 2013-го звезда сблизится со Стрельцом А* настолько, чтобы начать снабжать веществом его аккреционный диск. С этого момента и на протяжении следующих 30–40 лет окрестности СМЧД начнут испускать интенсивное свечение (возможно, даже джеты), которое поможет астрономам лучше разобраться в феномене «тихой» центральной СМЧД нашей Галактики, всегда выделявшейся на фоне непрерывно поглощающих огромные порции межзвёздного газа прожорливых СМЧД других спиральных галактик.

Самое интересное: впервые получено прямое свидетельство того, что протопланетные диски могут быть у звёзд, находящихся в самом центре галактик, среди мощнейших гравитационных воздействий и ударных волн от взрывов сверхновых. Несмотря на гибель этого протопланетного диска, уже ясно, что в кольце, вращающемся вокруг Стрельца А*, есть множество других звёзд, у которых, по всей видимости, также имеются протопланетные диски и, возможно, планеты. Возраст этого «звёздного кольца» оценивается исследователями в 4–8 млрд лет, чего вполне достаточно для складывания планетарной системы и, исходя из опыта Солнечной системы, появления разумной жизни.

«Захватывает сама мысль о планетах, формирующихся столь близко к чёрной дыре, — отмечает Абрахам Лёеб. — Если бы наша цивилизация населяла одну из таких планет, мы могли бы протестировать эйнштейновскую теорию гравитации намного лучше, равно как и получить чистую энергию, бросая наши отходы в чёрную дыру».

Поясним: в 1971 году Стивен Хокинг доказал важную теорему, касающуюся возможности извлечения энергии из чёрных дыр, обобщив результаты, полученный ранее Деметриусом Кристодулу. Теорема гласит, что площадь горизонта событий чёрной дыры не может уменьшаться; что бы ни происходило с чёрной дырой, «площадь её поверхности» должна либо увеличиваться, либо оставаться неизменной. ЧД представляет собой довольно глубокую гравитационную потенциальную яму, из которой энергия может высвобождаться гораздо более эффективно, чем даже при термоядерном синтезе. Это возможно благодаря механизму Пенроуза. Ещё до попадания за горизонт событий тело, проходящее через эргосферу ЧД, может получить существенно большее ускорение, чем оно имело до попадания в эргосферу, подобно тому как это происходит при гравитационном манёвре.

Мы, однако, не столь оптимистичны, как процитированный исследователь: при всех плюсах извлечения даровой энергии из ЧД, мощнейший периодический источник рентгеновского излучения, находящийся в 0,1 светового года от вашей планетной системы, — испытание, скорее всего, перевешивающее даже вышеописанное энергетическое счастье.

Подготовлено по материалам Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.

В созвездии Стрельца обнаружена черная дыра промежуточной массы

Международная команда астрономов, возглавляемая Манчестерским университетом (Великобритания), обнаружила свидетельство новой «недостающей» черной дыры в галактике Млечный Путь, скрытой в созвездии Стрельца.

Черная дыра находится примерно в 26 000 световых лет от Земли в шаровом скоплении NGC 6624. Шаровое звездное скопление – это гравитационно связанный рой миллионов старых светил, простирающийся всего на несколько световых лет.

Команда во главе с доктором Бенетж Перера обнаружила доказательства того, что миллисекундный пульсар PSR B1820-30A в NGC 6624 вращается вокруг черной дыры промежуточной массы (IMBH), расположенной в центре скопления. Масса черной дыры эквивалентна 7500 солнечных масс.

PSR B1820-30A является самым близким из известных пульсаров к центру любого шарового скопления, и это первый пульсар, найденный на орбите черной дыры. Обнаружение IMBH чрезвычайно важно, поскольку они могут помочь астрономам понять «недостающее звено» между черными дырами звездной массы и сверхмассивными черными дырами. Доктор Перера объясняет: «Высокая плотность звезд в направлении центра шаровых скоплений обеспечивает среду для образования массивных черных дыр. Обнаружение IMBH важно для понимая недостающей связи между различными видами черных дыр». Считается, что они могут образоваться в результате прямого коллапса очень массивных первичных звезд или последовательных слияний черных дыр звездной массы в плотных молодых скоплениях.

Пульсар был обнаружен с помощью телескопа «Lovell». Команда проанализировала более 25 лет наблюдений PSR B1820-30A, сделанных с его помощью. Также были использованы данные, полученные на радиотелескопе «Nançay» во Франции.

Профессор Эндрю Лайн объясняет важность обнаружения таких пульсаров: «Пульсары типа PSR B1820-30A действуют как фантастически точные часы и позволяют точно определить их расстояние от Земли. Пульсар очень чувствителен к любому движению, возникающему из-за гравитации других соседних массивных объектов, таких как черные дыры, что облегчает нам их обнаружение».

«Мы определили параметры орбиты и массу спутника PSR B1820-30A через его движение. Наши результаты согласуются с тем, что пульсар находится на орбите вокруг черной дыры переходной массы», – отмечает Доктор Перера.

Открытие внесло важный вклад в понимание того, как формируются и эволюционируют черные дыры промежуточной массы.

Джет Стрельца А* может быть направлен в сторону Земли

В ядрах большинства известных нам галактик расположены сверхмассивные черные дыры. Млечный Путь не является исключением. В его центре расположен объект, масса которого в 4,3 млн раз превышает массу Солнца. Впервые его обнаружили благодаря мощному радиоизлучению и присвоили ему обозначение «Стрелец А*». Ученые практически не сомневаются, что он также является сверхмассивной черной дырой.

К сожалению, мы не можем увидеть этот загадочный объект в оптическом диапазоне. Центр Млечного Пути закрыт от нас облаками пыли, блокирующими весь видимый свет. Но в распоряжении астрономов имеются и другие диапазоны электромагнитного спектра — в частности, уже упомянутый радиодиапазон. Считается, что это излучение исходит от аккреционного диска, окружающего Стрелец А*. Часть его вещества поглощается черной дырой, а часть выбрасывается наружу в виде двух узких струй, называемых джетами.

Международная команда астрономов провела комплексное изучение источника Стрелец А* на частоте 86 ГГц с использованием глобальной сети из 13 радиотелескопов. Благодаря включению в нее массива антенн ALMA (Atacama Large Millimeter Array) исследователи сумели добиться существенного увеличения разрешающей способности.

Наблюдения показали, что основная часть радиоизлучения от Стрельца А* исходит из узкой области с симметричной морфологией размером в одну трехсотмиллионную долю градуса. Это указывает на то, что оно производится в диске, окружающем сверхмассивную черную дыру, а не в ее джетах. Однако такое явление сделало бы Стрелец А* уникальным объектом среди известных нам черных дыр. Поэтому астрономы считают, что, скорее всего, один из джетов объекта должен быть направлен в сторону Земли.

Также астрономы сумели измерить эффект рассеяния света, размывающего и искажающего изображение Стрельца А*. Исследователи пришли к выводу, что он не должен помешать реализации проекта Event Horizons, в рамках которого должны быть получены снимки окрестностей черной дыры на частоте 230 ГГц.

По материалам: https://www.ru.nl

Поделиться