Черные дыры...., одна из загадок Вселенной Опции

[Pilot®]

Справа внизу - галактика Андромеды, выше - её ядро. На главной картинке стрелкой показана чёрная дыра, вокруг - кольцо голубых и далее - красных звёзд (иллюстрация с сайта newscientistspace.com).


Тод Лоер (Tod Lauer) из американской национальной оптической обсерватории (National Optical Astronomy Observatory) и его коллеги-астрономы, проводившие наблюдения при помощи орбитального телескопа Hubble, обнаружили в центре галактики Андромеды структуру, происхождение которой объяснить не могут.

Как ранее предполагалось, в центре галактики-соседки скрывается сверхмассивная чёрная дыра. Но вот теперь там же астрономы выявили концентрированный диск из приблизительно 400 очень молодых голубых звёзд, имеющий диаметр всего-навсего 1 световой год. Эти звёзды вращаются вокруг чёрной дыры наподобие планетарной системы.

Открытые горячие звёзды — и есть источник яркого голубого свечения, замеченного в самом центре Андромеды ранее. Этим звёздам всего 200 миллионов лет, в то время как возраст самой галактики оценивается в 12 миллиардов лет.

Их происхождение — настоящая загадка, так как гравитация чёрной дыры должна была давным-давно очистить прилегающее пространство от пыли и газа, способных сформировать звезду. Задолго до рождения этого голубого кольца.

Ещё удивительнее то, что снаружи кольца молодых звёзд лежит ещё один диск диаметром уже в 5 световых лет. Он заполнен множеством старых красных звёзд. Его происхождение — такая же тайна. Красный диск лежит в той же плоскости, что и голубой, и, вероятно, как-то связан с последним.

Тод Лоер отмечает, что подобные структуры могут оказаться правилом для галактик. Есть косвенные данные о существовании очень молодых звёзд, живущих вплотную к ядру — в нашей собственной галактике — Млечном пути.

Ещё одно открытие в рамках данного исследования — окончательное подтверждение существования большой чёрной дыры в сердце Андромеды. Благодаря анализу движения голубых звёзд астрономы рассчитали её массу — 140 миллионов масс Солнца, в три раза больше, чем давали прежние оценки.

[Pilot®]

После многолетнего сражения на астрофизическом поле боя, наконец-то, появились судьи, разрешившие давнее противостояние в изучении квазаров. В качестве борцов выступают две конкурирующие теории. Арбитры – два орбитальных телескопа.

Специалисты из Йельского университета (Yale University) и университета Саутгемптона (University of Southampton) провели исследование одного из квазаров в рентгеновском и инфракрасном диапазоне.

Из каких соображений учёные исходили – трудно сказать, но изучать они решили 3C273 – тот самый объект, который и был впервые открытым в 1963 году квазаром.
Напомним, квазар представляет собой объект, обладающий рядом специфических характеристик: высокой светимостью при малом угловом размере, большой скоростью движения. В настоящее время известно, что квазары располагаются в ядрах галактик.

Наиболее распространена версия, что квазары представляют собой чёрные дыры, на которые падает вещество, что вызывает интенсивное излучение, в первую очередь, в рентгеновском диапазоне. Это приводит к появлению так называемых джетов – огромных струй элементарных частиц, вырывающихся с полярных областей квазаров на расстояние во многие тысячи световых лет.

Астрономам многое, связанное с квазарами, представляется непонятным, хотя исследования ведутся уже несколько десятилетий.

Джеты квазаров обладают достаточно высокой светимостью, но они настолько далеки, что выглядят относительно блекло. "Приятное исключение" составляет 3C273: у него один из джетов наблюдается очень неплохо, скорее всего, по этой причине данный объект и был выбран для изучения.

Распределение излучения в джете. Вверху: диаграмма инфракрасного излучения. Внизу: диаграмма рентгеновского излучения. Максимальная интенсивность обозначена красным, минимальная — фиолетовым (иллюстрация с сайта astro.isas.jaxa.jp).

Распределение излучения в джете. Вверху: диаграмма инфракрасного излучения. Внизу: диаграмма рентгеновского излучения. Максимальная интенсивность обозначена красным, минимальная — фиолетовым (иллюстрация с сайта astro.isas.jaxa.jp).

Исследователи фиксировали излучение джета в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. Характер спектров оказался типичным для сверхэнергетичных частиц, светящихся в результате синхротронного излучения. Оно возникает в результате движения частиц с околосветовыми скоростями в мощном магнитном поле. Но это объяснение годится не для всего джета.

Это помогли выяснить, во-первых, Spitzer, который сейчас является самым чувствительным в мире инфракрасным телескопом. А во-вторых, рентгеновская обсерватория Чандра (Chandra X-ray Observatory). Что позволило взглянуть на проблему так сказать с двух концов спектра.

Согласно теоретическим данным, рентгеновское излучение может создаваться вырывающимися частицами, движущимися со околосветовой скоростью на протяжении 100 световых лет. Однако визуально регистрируемая часть джета имеет протяжённость около 100 тысяч световых лет.

Интенсивное излучение в рентгеновском диапазоне на первой части пути частицы свидетельствует о больших ускорениях, испытываемых ею. А причиной настолько сильно ускоренного движения может быть чёрная дыра.

Об этом и говорят данные спектральных исследований: в области, близкой к квазару, джет испускает мощный рентгеновский поток. При движении к другому концу джета заметно постепенное повышение инфракрасной составляющей, зато рентгеновская резко уменьшается. Это говорит о значительном снижении скорости частиц.
Об этом и говорят данные спектральных исследований: в области, близкой к квазару, джет испускает мощный рентгеновский поток. При движении к другому концу джета заметно постепенное повышение инфракрасной составляющей, зато рентгеновская резко уменьшается. Это говорит о значительном снижении скорости частиц.
До настоящего времени существовали две "конкурирующие" теории, пытавшиеся объяснить излучение джетов: теория так называемого инверсно-комптоновского излучения (она утверждает, что излучение возникает в результате рассеивания фотонов реликтового излучения на частицах джета) и теория синхротронного излучения (постулирует, что излучение обусловлено высокоэнергетичными протонами и электронами).

Как видно, "победила" вторая: главную роль в излучении здесь действительно играют ускоренные частицы. Кроме того, "автоматически" подтвердилось мнение о том, что квазар является, по сути, чёрной дырой.

Астроном Себастьян Джестер (Sebastian Jester), участвовавший в исследовании, говорит: "Новые результаты свидетельствуют о том, что структура потока джета намного сложнее, чем мы до этого представляли". При этом он добавляет, что синхротронная модель, оказавшаяся правильной, только усугубляет "загадку" возникновения высокоэнергетичных частиц джета.

Но, несмотря на это, исследователи не унывают. "Наши результаты приводят к радикальному пересмотру теории релятивистских джетов, — говорит другой участник работы Ясуноби Учияма (Yasunobu Uchiyama). – Но зато у нас появились принципиально новые подходы к решению главных проблем астрофизики".