Международная группа ученых обнаружила, что Стрелец A* (Sgr A *), сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, вышла из длительного периода покоя около 200 лет назад.
Команда, возглавляемая Фредериком Марином, исследователем астрономической Страсбургской обсерватории, выявила эхо прошлого пробуждения этого гигантского объекта, который в четыре миллиона раз массивнее Солнца. Их работа была опубликована в Nature 21 июня.
В течение одного года в начале 19 века черная дыра поглощала космические объекты, которые подходили к ней слишком близко, прежде чем снова войти в состояние покоя. Никакого эффекта на Земле не ощущалось, поскольку расстояние между Sgr A * и нашей планетой слишком велико (примерно в 2 миллиарда раз больше расстояния от Земли до Солнца). Однако обнаруженное рентгеновское эхо, которое было излучено около 200 лет назад, показывает, что первоначальная интенсивность излучения в момент активности черной дыры была в миллион раз больше, чем излучение Sgr A* в настоящее время.
Чтобы получить представление об увеличении интенсивности рентгеновского излучения, когда черная дыра вышла из состояния покоя, можно провести сравнение, как если бы одинокий светлячок, спрятанный в лесу, внезапно стал таким же ярким, как солнце. Эти результаты объясняют, почему галактические молекулярные облака вблизи Sgr A * светятся ярче обычного — потому, что они отражают рентгеновские лучи, которые Sgr A * испустил 200 лет назад.
Для проведения своих исследований ученые использовали спутник НАСА IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), который впервые смог с большой точностью определить поляризацию этого рентгеновского излучения, а также его источник, что ранее оказалось невозможным. Поляризованный рентгеновский луч, подобно компасу, указывает прямо на его источник — Sgr A *, хотя последний в настоящее время фактически спит. Ученые продолжают свою работу над Sgr A *, чтобы попытаться определить физические механизмы, необходимые черной дыре для перехода из состояния покоя в активное.
Одно из самых интересных (и сбивающих с толку) открытий, сделанных космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), — это существование “невероятно больших галактик” существовавших во время “Космического рассвета”, периода, который совпал с концом “Космической темной эры” (примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва). Считается, что этот период содержит ответы на многие космологические загадки, не последней из которых является то, как выглядели самые ранние галактики во Вселенной. Но после того, как Уэбб получил изображения этих первичных галактик, астрономы заметили нечто озадачивающее — галактики были намного больше, чем предсказывает наиболее широко принятая космологическая модель!
С тех пор астрономы и астрофизики ломают голову, пытаясь понять, как могли образоваться столь большие галактики в столь молодой вселенной.
Недавно команда астрофизиков из Еврейского университета Иерусалима опубликовала теоретическую модель, которая возможно раскрывает тайну этих массивных галактик. Согласно их выводам, преобладание особых условий в этих галактиках (в то время) обеспечивало высокоэффективные темпы звездообразования.
Результаты исследования были представлены в статье под названием “Эффективное формирование массивных галактик на космическом рассвете в результате звездообразований без обратной связи”, недавно опубликованной ежемесячными уведомлениями Королевского астрономического общества.
Согласно модели которая наилучшим образом объясняет то, что мы наблюдаем в космосе, первые звезды и галактики сформировались во время “Космической темной эры”. Название относится к тому периоду, когда единственными источниками фотонов был космический микроволновый фон и облака нейтрального водорода, окутывавшими Вселенную. Как только галактики начали формироваться, излучение их горячих и массивных звезд (в 1000 раз массивнее нашего Солнца) начало повторно ионизировать нейтральный водород.
Этот период известен как эпоха реионизации (примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва), когда Вселенная постепенно становилась прозрачной и видимой для современных инструментов. Благодаря чрезвычайной чувствительности телескопа JWST к инфракрасному излучению астрономы раздвинули границы видимого, обнаружив множество массивных галактик, которые существовали всего через полмиллиарда лет после Большого взрыва. И это противоречит стандартной модели, так как с момента Большого взрыва просто не было достаточно времени, чтобы сформировалось так много галактик и они стали такими массивными.
На изображении показана одна из самых отдаленных известных галактик, называемая GN-108036, датируемая 750 миллионами лет после Большого взрыва, который создал нашу вселенную. Credit: NASA/ESA/JPL-Caltech/STScI/University of Tokyo
Уже в первые 500 миллионов лет после Большого взрыва исследователи идентифицировали галактики, каждая из которых содержит около десяти миллиардов звезд, подобных нашему солнцу. Это открытие удивило исследователей, которые пытались найти правдоподобные объяснения загадки, начиная от возможности того, что наблюдательная оценка количества звезд в галактиках преувеличена, и заканчивая предположением о необходимости критических изменений в стандартной космологической модели Большого взрыва.
Согласно модели, предложенной в новой работе, преобладание особых условий в этих галактиках обеспечило бы высокие темпы звездообразования. К ним относятся высокая плотность и низкое содержание тяжелых элементов. Существующие теории формирования галактик указывают на то, что водород, пронизывавший раннюю Вселенную, сколлапсировал в гигантские сферические облака темной материи, где он собрался вместе, чтобы дать жизнь первой популяции звезд (Population III).
Но особый интерес для астрономов представляют первичные сверхмассивные черные дыры, в тысячу раз массивнее нашего Солнца, которые существовали примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва. Астрономы были удивлены, обнаружив сверхмассивные черные дыры такой массивности в центре ранних галактик, поскольку (опять же) предполагалось, что у них не было достаточно времени для формирования. В будущих наблюдениях будут предприняты попытки найти зародыши этих черных дыр с помощью JWST и обсерваторий, таких как лазерный интерферометр Space Antenna (LISA).
Команда физиков-теоретиков при математическом моделировании обнаружила возможность существования странной структуры в пространстве-времени, которая для внешнего наблюдателя выглядела бы в точности как черная дыра, но при ближайшем рассмотрении оказалась бы дефектом в самой ткани Вселенной.
Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает существование черных дыр, образующихся при коллапсе гигантских звезд. Но та же теория предсказывает, что в их центрах находятся сингулярности, которые являются точками бесконечной плотности. Поскольку мы знаем, что во Вселенной на самом деле не может быть бесконечных плотностей, мы воспринимаем это как признак того, что теория Эйнштейна неполна. Но после почти столетия поисков расширений ученые все еще не подтвердили лучшую теорию гравитации.
Но у ученых есть кандидаты, одним из которых является теория струн. В теории струн все частицы Вселенной на самом деле представляют собой микроскопические вибрирующие петли струны. Чтобы поддерживать большое разнообразие частиц и сил, которые мы наблюдаем во Вселенной, эти струны не могут просто вибрировать в наших трех пространственных измерениях. Вместо этого должны существовать дополнительные пространственные измерения, которые свернуты сами по себе в многообразия, настолько маленькие, что они ускользают от повседневного внимания и экспериментов.
Эта экзотическая структура в пространстве-времени дала команде исследователей инструменты, необходимые для идентификации нового класса объектов, того, что они называют топологическим солитоном. В ходе своего анализа ученые обнаружили, что эти топологические солитоны являются стабильными дефектами в самом пространстве-времени. Для их существования не требуется материи или других сил – они так же естественны для структуры пространства-времени, как трещины во льду.
Исследователи изучали солитоны, моделируя поведение света, который проходил бы рядом с ними. Поскольку они являются объектами экстремального пространства-времени, они искривляют пространство и время вокруг себя, что влияет на путь света. Для удаленного наблюдателя эти солитоны выглядели бы точно так, как черные дыры. У них были бы тени и кольца света вокруг (линзирование). Изображения, полученные с телескопа Event Horizon и обнаруженные сигнатуры гравитационных волн, будут вести себя одинаково и для черных дыр и для солитонов.
Только подойдя ближе, вы поймете, что наблюдаете не черную дыру. Одной из ключевых особенностей черной дыры является ее горизонт событий, воображаемая поверхность вернуться из которой невозможно. Топологически солитоны, поскольку они не являются сингулярностями, не имеют горизонтов событий. Таким образом, в принципе, вы могли бы подойти к солитону и подержать его в руке.
Эти топологические солитоны являются невероятно гипотетическими объектами, основанными на математическом моделировании теории струн верность которой еще не доказана, но которая является жизнеспособным обновлением нашего понимания физики. Однако эти экзотические объекты служат важными для дальнейших исследований. Если исследователи смогут обнаружить наблюдаемое различие между топологическими солитонами и традиционными черными дырами, это может проложить путь к поиску способа проверки самой теории струн.
Они известны как сверхбыстрые выбросы (UFO), мощные космические ветры, выбрасываемые со скоростями близким к скорости света сверхмассивными черными дырами (SMBH) расположенными в центре активных ядер галактик (AGN). Считается, что эти газовые выбросы подпитывают процесс звездообразования в галактиках, но пока еще недостаточно изучены. Астрономы заинтересованы в том, чтобы узнать о них больше, чтобы улучшить наше понимание того, что управляет эволюцией галактик.
Цель исследования «Ветры сверхмассивных черных дыр в рентгеновских лучах» (SUBWAYS), международного проекта, посвященного изучению квазаров с помощью космического телескопа XMM-Newton ЕКА. Первыми результатами этого проекта поделилась группа ученых во главе с Болонским университетом и Национальным институтом астрофизики (INAF) в Италии. В статье, описывающей их результаты, команда представила данные рентгеновской спектроскопии, чтобы охарактеризовать свойства выбросов в 22 светящихся галактиках.
Статья под названием “Ветры сверхмассивных черных дыр в рентгеновских лучах. SUBWAYS” недавно появилась в журнале Astronomy & Astrophysics. Команда SUBWAYS использовала рентгеновскую многозеркальную миссию (XMM) для анализа активных ядер галактик за период более 1,6 миллиона секунд (восемнадцать дней). Эти области, окружающие сверхмассивыне черные дыры, извергают огромное количество излучения по всему электромагнитному спектру (когда черные дыры активны) до такой степени, что они временно затмевают все звезды в диске галактики вместе взятые.
Экстремальные температуры, возникающие вблизи малых галактик – до десятков миллионов градусов – также приводят к тому, что окружающий их материал сильно ионизируется и испускает излучение. Мощные ветры возникают, когда пыль и газ в аккреционном диске сверхмассивных черных дыр выбрасываются наружу, перенося часть материала и энергии в межзвездное пространство. Исследования показали, что этот механизм имеет важные последствия для регулирования процесса звездообразования,
Чтобы лучше рассмотреть галактические ветры, команда проанализировала высокоэнергетические спектры, излучаемые в рентгеновском диапазоне такими элементами, как железо. Их анализ включал 17 активных ядер галактик, расположенных на расстоянии от 1,5 до 5 миллиардов световых лет от нас, к которым они добавили данные из 5 ядер галактик, собранные ранее в ходе предыдущих наблюдений. Их результаты показали, что примерно в 30% проанализированных активных ядер галактик космические ветры распространяются со скоростями от 10% до 30% от скорости света (0,1 -0,3 c).
Команда заявила, что результаты исследования позволяют с большей уверенностью установить, что значительная часть активных ядер галактик содержит сверхбыстрые ветры и сверхбыстрые потоки. И интенсивности этих газовых потоков достаточно, чтобы значительно изменить экосистему их галактик.
Между сверхмассивными черными дырами в центре галактик и окружающей их галактикой существует взаимная связь, при которой они влияют на формирование и эволюцию друг друга. Хотя механизмы, определяющие эту взаимосвязь, еще недостаточно изучены, считается, что сверхбыстрые выбросы, испускаемые активными черными дырами в центре галактик, играют жизненно важную роль.
Наблюдения позволили получить новые независимые доказательства существования высокоионизированной материи, которая выбрасывается из самых внутренних областей активных ядер галактик со скоростями, близкими к световой. Эти результаты позволили больше узнать об этих сверхбыстрых ветрах и лучше понять их роль в формировании процесса эволюции галактик.
На этом изображении, полученном космическим телескопом «Хаббл», поблескивает плотно упакованное шаровое скопление NGC 6325. Эта концентрированная группа звезд находится примерно в 26 000 световых годах от Земли в созвездии Змееносца.
Шаровые скопления, подобные NGC 6325, представляют собой тесно связанные скопления звезд, насчитывающие от десятков тысяч до миллионов элементов. Их можно найти во всех типах галактик и они служат естественными лабораториями для астрономов, изучающих звездообразование. Это связано с тем, что звезды, составляющие шаровые скопления, как правило, формируются примерно в одно и то же время и имеют схожий первоначальный состав, а это означает, что астрономы могут использовать их для уточнения своих теорий эволюции звезд.
Астрономы исследовали это конкретное скопление не только для того, чтобы понять звездообразование, а в том числе в поисках скрытого монстра. Хотя NGC 6325 может выглядеть мирно, астрономы подозревают, что это скопление может содержать черную дыру средней массы, которая незаметно влияет на движение окружающих звезд. Предыдущее исследование показало, что распределение звезд в некоторых высококонцентрированных шаровых скоплениях — тех, где звезды расположены относительно плотно друг к другу, — немного отличалось от того, что ожидали астрономы.
Это несоответствие наводило на мысль, что по крайней мере у некоторых из этих плотно упакованных шаровых скоплений — включая, возможно, NGC 6325 — в центре может скрываться черная дыра. Чтобы исследовать эту гипотезу дальше, астрономы обратились к широкоугольной камере Хаббла (Hubble’s Wide Field Camera 3), чтобы наблюдать большую выборку густонаселенных шаровых скоплений, которая включала это усеянное звездами изображение NGC 6325. В это изображение также были включены дополнительные данные с усовершенствованной камеры Хаббла (Advanced Camera) для проведения съемок.
Человечество пропустило вечеринку? Являются ли SETI, уравнение Дрейка и парадокс Ферми всего лишь артефактами нашего невежества в отношении развитой жизни во Вселенной? Новое исследование, посвященное черным дырам и их мощному влиянию на звездообразование, предполагает, что мы, как развитая жизнь, можем быть реликвиями ушедшей эпохи во Вселенной.
SETI, Уравнением Дрейка и парадоксом Ферми — это разные способы, которые связаны с великим вопросом: одиноки ли мы? Мы задаем эти вопросы так, как если бы человечество проснулось на этой планете, огляделось по окрестностям и задалось вопросом, где все остальные?
Мы живем в эпоху открытий экзопланет, и астрономы заняты поиском планет, которые могут быть пригодны для жизни, то есть на их поверхности есть жидкая вода. Это простое определение обитаемости, но оно полезно для сортировки тысяч открытых нами экзопланет и еще неисчислимых миллионов, ожидающих своего открытия.
Но как насчет более широкого взгляда на обитаемость и, особенно, на другую развитую жизнь? Является ли прочесывание отдельных планет лучшим способом поиска другой жизни? Или сами определенные галактики с большей вероятностью могут иметь развитую жизнь, для развития которой могут потребоваться миллиарды лет? Влияют ли черные дыры в галактиках на вероятность возникновения развитой жизни?
Дэвид Гарофало — профессор физики в Университете штата Кеннесо в Джорджии исследует физику черных дыр, и в новой статье под названием “Согласно данным о черных дырах, развитая жизнь достигла пика миллиарды лет назад”, которая пока не прошла рецензирования но скоро это будет опубликована в журнале Galaxies.
В своей статье Гарофало объясняет, как черные дыры могут повлиять на существование развитой жизни и как связь с черными дырами может либо стимулировать, либо подавлять звездообразование. Произойдет это или нет, зависит от окружающей среды и от того, находится ли Сверх Массивная Черная Дыра (SMBH) в среде с разреженным или богатым содержанием газов и пыли.
“Связь между черными дырами и звездообразованием позволяет нам установить связь между черными дырами и местами и временами, когда внеземной разум (ETI) имел больше шансов появиться”, — пишет Гарофало.
Уравнение Дрейка, математическая формула для вероятности обнаружения жизни или развитых цивилизаций во Вселенной.
Уравнение Дрейка пытается придать форму нашим размышлениям о других разумных цивилизациях. Это вероятностное уравнение, которое пытается вычислить количество разумных и коммуникативных цивилизаций, существующих в Млечном Пути. Усилия Гарофало простираются за пределы Млечного Пути во Вселенную. Но Вселенная огромна и древна. С чего начать?
Гарофало начинается с черных дыр, обратной связи и звездообразования.
“Наше понимание процессов, которые определяют, где и когда во Вселенной достигаются пики звездообразования, выросло до такой степени, что мы можем начать более широко исследовать вопрос о разуме в пространстве и времени”, — пишет Гарофало.
Обратная связь с черными дырами влияет на звездообразование в галактиках, но эффект варьируется.
Гарофало широко исследовал черные дыры, и эта статья в значительной степени опирается на его исследования и работу других ученых в этой области. Гарофало утверждает, что развитая жизнь достигла пика миллиарды лет назад, и все из-за прямой связи между слияниями черных дыр, звездообразованием и планетами, которые формируются вокруг этих звезд. Все началось со слияния черных дыр, которое, вероятно, приводит к образованию активных ядер галактик (AGN,) — так называют сверхмассивную черную дыру (SMBH) в центре галактики, которая накапливает достаточно вещества, чтобы ярко светить. Некоторые AGN испускают джеты — струи раскаленной материи, и они зависят от природы вещества, накапливающегося у черной дыры. Вещество — это газ галактики, и разные галактики имеют различную газовую среду.
Концепция художника о струях сверхмассивной черной дыры.
Струи — это основной способ взаимодействия черных дыр с окружающей средой, перекачивающий материю обратно из их акреционных дисков в окружающую среду — обратная связь. Различные черные дыры управляют различными типами обратной связи, и некоторая обратная связь приводит к более высоким темпам звездообразования.
Иногда вся эта обратная связь стимулирует звездообразование. Но иногда она впрыскивает слишком много энергии в свою галактику или скопление галактик, и это препятствует звездообразованию. Она слишком сильно нагревает газ, а для коллапса и образования звезд газ должен быть холодным. Основная часть работы Гарофало заключается в определении того, когда обратная связь с черной дырой стимулирует звездообразование, а когда она подавляет звездообразование.
Это плохая новость для развитой жизни в галактиках и скоплениях галактик с большей плотностью газа. Несмотря на то, что газа, вещества, из которого рождаются звезды, больше, газ перегревается, препятствуя звездообразованию.
Но как насчет галактик и скоплений с разреженным газом?
“В более изолированных средах, напротив, звезды развиваются на главной последовательности, не нарушаемой обратной связью AGN”, — резюмирует Гарофало. Это также важно, потому что мы говорим не только о появлении жизни, которое могло произойти на Земле всего за несколько сотен миллионов лет. Мы говорим о развитой жизни, подобной нашей, которой потребовалось 4,5 миллиарда лет, чтобы появиться на Земле. Звезды главной последовательности — самые долгоживущие и стабильные звезды, и гораздо более вероятно, что развитая жизнь может возникнуть вокруг звезд главной последовательности, чем вокруг других звезд.
Но то, где может возникнуть развитая жизнь, — это только часть исследования. Гарофало хотел выяснить, когда это было наиболее вероятно. Все это восходит к первоначальным слияниям черных дыр, в результате которых образуются аккрецирующие черные дыры с противоположным вращением. “Встречно вращающиеся аккрецирующие черные дыры являются продуктом слияний, и функция слияния достигает своего пика при красном смещении в 2”, — пишет он. Красное смещение в 2 произошло около 11 миллиардов лет назад, когда Вселенной было 2,8 миллиарда лет.
Двойная система черных дыр, вид сверху. Слияние черных дыр подготовило почву для работы Гарофало.
Это возраст, когда появляются AGN и вызвают звездообразование и формирование планет. Земля сформировалась 4,5 миллиарда лет назад, а мы, развитая жизнь, способная к межзвездному общению, только появились. Таким образом, используя нас в качестве ориентира, можно предположить, что развитая жизнь может появиться примерно через 4,5 миллиарда лет после появления правильных черных дыр в правильных галактиках. Гарофало округляет это до 5 миллиардов лет. “Таким образом, мы принимаем исходное значение в 5 миллиардов лет, что приводит нас к 7,8 миллиардам лет после Большого взрыва, или 6 миллиардам лет назад”.
На этом этапе проницательный читатель может задаться вопросом о металличности. 6 миллиардов лет назад металличность была ниже, так разве это не повлияло бы на типы формирующихся планет и на то, могла ли на них возникнуть развитая жизнь или нет?
Не обязательно.
Гарофало указывает, что галактики, в которых наиболее вероятно существование AGN, являются изолированными эллиптическими галактиками. Но это не старые красные и мертвые эллиптические галактики. Те, о ком говорит Гарофало, отличаются. Вместо этого “ожидается, что в этих изолированных эллиптических галактиках не будет низкой металличности, потому что они вызваны AGN слияниями с обильным холодным газом, возможно, из дискообразной галактики”, — объясняет он. Также известно, что старые красные и мертвые эллиптические галактики населены более старыми звездами и в них преобладают M-карлики или красные карлики, чьи обитаемые зоны находятся “ближе к звезде и подвержены звездным вспышкам и вращению с приливным захватом, которые работают против развития жизни”, — пишет Гарофало. Но в подмножестве эллиптических галактик, о которых он говорит, преобладают не красные карлики.
На этом изображении показаны цивилизации Кардашева типов 1, 2 и 3 и количество энергии, которую они собирают.
Итак, вот оно. Если Гарофало прав, тогда нам нужно переосмыслить SETI. “Учитывая время и места, определенные для ETI в этой работе, мы ожидаем, что для поиска SETI потребуются сигналы, поступающие от цивилизаций Кардашевского типа III”, — пишет он в своем заключении. Цивилизация III типа Кардашева — это та, которая способна получать доступ ко всей энергии, излучаемой ее галактикой.
Согласно работе Гарофало, человечество действительно опоздало на вечеринку. “В той степени, в какой мы можем когда-нибудь говорить о пиковой эпохе появления технологически развитой жизни во Вселенной, наше упрощенное исследование возникновения жизни в контексте обратной связи AGN указывает на то, что такое время осталось в прошлом”, — заключает он. “Следовательно, мы на планете Земля опоздали”.
Возможно, мы опоздали, но мы не обязательно одиноки. Возможно, другие посетители вечеринок только прибывают. Мы здесь, так что, возможно, и другие тоже.
Когда дело доходит до общения с другой развитой цивилизацией, это открытый вопрос. Но посмотрите на нас. Развитая жизнь все еще появляется. Возможно, когда-нибудь две цивилизации вступят в контакт друг с другом.
Чтобы это произошло, нам нужно знать, куда направить наши усилия в этой огромной Вселенной. Если эта работа подтвердится, она может помочь продвинуть поиск внеземных разумных существ, показав нам, где искать.
Международный коллектив астрономов обнаружил одну из самых мощных и долгоиграющих космических вспышек, которая возникла внутри галактики в созвездии Лисички на расстоянии 8 млрд световых лет от Земли и продлилась более 2 лет, при этом в результате взрыва высвободилось в 100 раз больше энергии, чем выделяет Солнце за 10 миллиардов лет. Об этом сообщила в пятницу пресс-служба Саутгемптонского университета в Великобритании.
«Мы совершили это открытие совершенно случайно во время анализа данных при помощи алгоритма, нацеленного на поиск некоторых типов сверхновых. Большинство вспышек такого рода, а также эпизоды приливного разрушения звезд длятся всего несколько месяцев, прежде чем они начинают тускнеть. Вспышка AT2021lwx сохраняла высокую яркость на протяжении более двух лет, что само по себе делает ее крайне необычной», — заявил научный сотрудник университета Филип Уайзмен, чьи слова передает пресс-служба.
Открытая Уайзменом и его коллегами вспышка обладала рекордно высокой энергией для всех объектов космоса помимо активных квазаров, сверхмассивных черных дыр в центрах активных галактик. Ученые обнаружили ее в рамках проекта ZTF.
За последнее столетие астрономы открыли десятки различных видов космических вспышек, в том числе взрывы сверхновых, гамма-всплески, во время которых за очень короткое время выделяется примерно такое же количество энергии, которое Солнце вырабатывает за год и более. Астрономы активно изучают эти события, так как они играют важную роль в процессе химической эволюции Вселенной.
AT2021lwx
Вспышку AT2021lwx обнаружил в середине апреля 2021 года роботизированный телескоп проекта ZTF. Изначально ученые предполагали, что она появилась в результате взрыва одного из относительно редких подтипов сверхновых второго типа (IIn). Последующие наблюдения заставили астрономов усомниться в этой теории, так как яркость AT2021lwx продолжала расти на протяжении более полугода и оставалась высокой более двух лет. В конечном итоге вспышка достигла рекордно высокой яркости и выделила огромное количество энергии, сопоставимое со вспышкой активности квазаров.
Ученые считают, что космический взрыв произошел из-за гигантского облака из достаточно плотного газа, которое было разорвано на части притяжением сверхмассивной черной дыры.
Последующие наблюдения за вспышкой AT2021lwx, как надеются Уайзмен и его коллеги, помогут им проверить эту теорию и определить массу облака, создавшего космический взрыв. Кроме того, астрономы надеются, что им удастся открыть другие примеры подобных явлений и понять, как часто они могут возникать во Вселенной.
Астрономы обнаружили, что сверхмассивные черные дыры внутри галактик, скрытые пылью, с большей вероятностью будут расти и выделять огромное количество энергии, если их галактика идет курсом на столкновение с соседней галактикой. Новая работа, проведенная исследователями из Университета Ньюкасла, опубликована в Monthly Notices Королевского астрономического общества.
Галактики, включая наш собственный Млечный Путь, содержат в своих центрах сверхмассивные черные дыры. Их массы эквивалентны массам, в миллионы или даже миллиарды раз превышающим массу нашего Солнца. Эти черные дыры растут, «поедая» попадающий на них газ. Однако, что приводит газ достаточно близко к черным дырам, чтобы это произошло, остается загадкой.
Одна из возможностей заключается в том, что когда галактики находятся достаточно близко друг к другу, они, вероятно, будут гравитационно притянуты друг к другу и «сольются» в одну галактику большего размера.
На заключительных этапах своего путешествия в черную дыру газ загорается и выделяет огромное количество энергии. Эта энергия обычно обнаруживается с помощью видимого света или рентгеновских лучей. Однако астрономы, проводившие это исследование, смогли обнаружить растущие черные дыры только с помощью инфракрасного света. Команда использовала данные многих различных телескопов, включая космический телескоп «Хаббл» и инфракрасный космический телескоп «Спитцер».
Исследователи разработали новую технику, позволяющую определить, насколько вероятно, что две галактики находятся очень близко друг к другу и, как ожидается, столкнутся в будущем. Они применили этот новый метод к сотням тысяч галактик в далекой Вселенной (рассматривая галактики, образовавшиеся через 2-6 миллиардов лет после Большого взрыва) в попытке лучше понять так называемый «космический полдень», время, когда, как ожидается, произошла большая часть роста галактик и черных дыр во Вселенной.
Понимание того, как черные дыры росли в течение этого времени, является основополагающим в современных галактических исследованиях, особенно потому, что это может дать нам представление о сверхмассивной черной дыре, расположенной внутри Млечного Пути, и о том, как наша галактика эволюционировала с течением времени.
Поскольку они находятся так далеко, лишь небольшое количество галактик космического полудня соответствуют необходимым критериям для получения точных измерений их расстояний. Это очень затрудняет определение с высокой точностью, находятся ли какие-либо две галактики очень близко друг к другу.
Это исследование представляет новый статистический метод, позволяющий преодолеть предыдущие ограничения измерения точных расстояний до галактик и сверхмассивных черных дыр в космический полдень. Применяется статистический подход для определения расстояний до галактик с использованием изображений на разных длинах волн и устраняет необходимость в спектроскопических измерениях расстояний для отдельных галактик.
Ожидается, что данные, поступающие с космического телескопа Джеймса Уэбба в ближайшие годы, произведут революцию в исследованиях в инфракрасном диапазоне и раскроют еще больше секретов о том, как растут эти пыльные черные дыры.
Шон Догерти, аспирант Университета Ньюкасла и ведущий автор статьи, говорит: «Наш новый подход рассматривает сотни тысяч удаленных галактик с помощью статистического подхода и спрашивает, насколько вероятно, что любые две галактики окажутся близко друг к другу и, следовательно, столкнутся курсами».
Доктор Крис Харрисон, соавтор исследования: «Эти сверхмассивные черные дыры очень сложно обнаружить, потому что рентгеновский свет, который астрономы обычно использовали для обнаружения этих растущих черных дыр, заблокирован и не обнаруживается нашими телескопами. Но те же самые черные дыры можно обнаружить с помощью инфракрасного света, который генерируется окружающей их горячей пылью «.
Он добавляет: «Трудность в обнаружении этих черных дыр и в установлении точных измерений расстояния объясняет, почему этот результат ранее затруднял определение этих далеких галактик «космического полудня». С помощью JWST мы ожидаем обнаружить еще много таких скрытых растущих черных дыр. JWST будет намного лучше находить их, поэтому нам предстоит изучить еще много других, включая те, которые труднее всего найти. Исходя из этого, мы можем сделать больше для понимания пыли, которая их окружает, и выяснить, сколько их скрыто в отдаленных галактиках».
Исследовательская группа использовала искусственный интеллект, чтобы значительно улучшить свое первое изображение от 2019 года, на котором теперь черная дыра в центре галактики M87 выглядит темнее и больше, чем на первом изображении.
Для этого он сначала научил ИИ распознавать черные дыры, предоставив ему симуляции многих видов черных дыр. Затем команда использовала созданную ею модель искусственного интеллекта, чтобы заполнить пробелы в огромном объеме данных, собранных радиотелескопами о черной дыре M87.
Используя эти смоделированные данные, команда смогла создать новое изображение, которое в два раза четче исходного и полностью соответствует предсказаниям общей теории относительности.
Алгоритмы искусственного интеллекта — в частности, нейронные сети, которые используют множество взаимосвязанных узлов и способны научиться распознавать закономерности — идеально подходят для определения структуры галактик. Астрономы начали использовать нейронные сети для классификации галактик в начале 2010-х годов. Теперь алгоритмы настолько эффективны, что могут классифицировать галактики с точностью до 98%.
За все время астрономы обнаружили большинство из 5300 известных экзопланет, измеряя падение количества света, исходящего от звезды, когда планета проходит перед ней. Инструменты искусственного интеллекта теперь могут определять признаки экзопланеты с точностью 96%.
Новая анимация НАСА подчеркивает “супер” в сверхмассивных черных дырах. Эти монстры скрываются в центрах большинства крупных галактик, включая наш собственный Млечный Путь, и содержат массу от 100 000 до десятков миллиардов раз большую, чем у нашего Солнца.
Не все черные дыры-монстры равны. Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как они соотносятся друг с другом и с нашей Солнечной системой.
Показанные черные дыры, масса которых в диапазоне от 100 000 до более чем 60 миллиардов масс нашего Солнца, масштабируются в соответствии с размерами их теней – круглой зоны, примерно в два раза превышающей размер их горизонтов событий.
Только один из этих колоссальных объектов находится в нашей собственной галактике, и он находится на расстоянии 26 000 световых лет. Меньшие черные дыры показаны голубоватыми цветами, потому что ожидается, что их газ будет более горячим, чем газ, вращающийся вокруг более крупных. Ученые считают, что все эти объекты наиболее интенсивно светятся в ультрафиолетовом свете.
Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab
