Что сейчас происходит в галактике
Кадр: фильм «Интерстеллар»
Астрономы зафиксировали мощнейшую вспышку в центре Млечного Пути. Гигантская черная дыра, находящаяся в ядре галактики, неожиданно усилила свою активность, однако исследователи пока не знают, в чем причина этого феномена. «Лента.ру» рассказывает об открытии, а также объясняет, может ли Млечный Путь на короткое время превратиться в смертоносный квазар.
Зло пробудилось
Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного пути — Стрелец A* (Sgr A*) — ближайший к Земле объект такого рода. Она представляет собой компактный сверхплотный объект, который испускает инфракрасное, рентгеновское и радиоизлучение. Хотя сами черные дыры не могут ничего излучать по определению (гипотетическое излучение Хокинга не в счет, оно генерируется у горизонта событий с наружной стороны), Стрелец A* окружен горячим газовым облаком протяженностью шесть световых лет, которое и является радиоисточником. Расстояние от Земли до черной дыры достигает 26 тысяч световых лет, а ее диаметр, по оценкам, составляет 60 миллионов километров (чуть больше диаметра орбиты Меркурия).
Многочисленные наблюдения за черной дырой продемонстрировали, что Стрелец A* является относительно неярким объектом. Его светимость на девять порядков меньше, чем максимально возможная светимость (светимость Эддингтона), но при этом она постоянно изменяется. Так, изучение рентгеновского эха, то есть отраженных от галактической пыли рентгеновских лучей, позволило определить, что за последние несколько столетий видимая с Земли яркость радиоисточника могла меняться на пять порядков. Это объясняется тем, что космическая среда вокруг черной дыры очень динамична: тут находятся звезды и другие объекты, которые проходят в непосредственной близости от Sgr А*, тем самым способствуя аккреции вещества.
Эхо от древней вспышки Стрельца А*
В 2018 году одна из звезд — S2 — подошла к черной дыре на расстояние меньше ста астрономических единиц (одна астрономическая единица, или а.е., равна среднему расстоянию от Солнца до Земли). В последние десятилетия астрономы также наблюдали приближение к Стрельцу A* двух пылевых объектов (G1 и G2) — тогда у них были замечены признаки приливного взаимодействия с черной дырой. Ученые предположили, что и S2, и два облака являются источником материала, падающего в черную дыру и вызывающего изменения в блеске.
Неожиданный взрыв
В 2019 году международная группа астрономов изучила черную дыру с помощью телескопов Обсерватории Кека, находящейся на горе Мауна-Кеа (Гавайи). Наблюдения проводились в течение четырех ночей в ближнем инфракрасном спектре. 13 мая ученые зарегистрировали беспрецедентно яркую вспышку, которая превзошла предыдущий рекорд в два раза и достигла 6 миллиянских (1 мЯн равен 10 в минус 29-й степени Вт/(м2·Гц)). В другую ночь, 20 апреля, плотность потока излучения также была очень высокой и превышала 99,7 процента от всех ранее зафиксированных значений.
Ученые предложили несколько объяснений аномальной вспышки. Первая возможность: сама ее беспрецедентность могла получиться из-за несовершенства статистических моделей, которые необходимо в этом случае обновить. То есть на самом деле это вполне типичное поведение черной дыры, о котором мы до сих пор не знали из-за отрывочных данных наблюдений. Вторая возможность: аккреционная активность Sgr А* действительно изменилась, поскольку в радиоисточник что-то упало. Например, вещество от S2.
Попадание облака G в окрестности черной дыры
Изображение: M. Schartmann and L. Calcada/ European Southern Observatory and Max-Planck-Institut fur Extraterrestrische Physik
S2 — одна из самых близких к черной дыре звезд, она обращается вокруг Sgr А* с периодом примерно 15 лет. Расстояние от черной дыры до перицентра (ближайшей точке орбиты) составляет около сотни астрономических единиц. Звезда из-за близости к огромному скоплению массы, равной более четырех миллионов масс Солнца, развивает скорость до двух процентов от скорости света. Сама S2 — бело-голубой массивный гигант с массой в 10-15 масс Солнца. Подобная звезда вполне могла бы стать источником вещества, которое в результате аккреции приблизилось к черной дыре и вызвало вспышку. Однако ряд исследователей считает, что эффект был бы незначительным, а более массивных звезд поблизости нет.
Еще одним источником мог стать нерегулярный газовый поток, идущий в сторону Sgr А* от облаков G. В 2017 году ученые предсказали, что G1 и G2 могут вызвать увеличение яркости радиоисточника в инфракрасной и радиоволновой области спектра. Однако для уточнения, действительно ли имеет место усиленная аккреция, необходимо продолжать наблюдения, заключают ученые.
Бурное прошлое
В настоящее время Млечный Путь не относится к сейфертовским галактикам, то есть к галактикам с активными ядрами (АЯГ), в которых происходит выделение огромного количества энергии. АЯГ также представляют собой сверхмассивные черные дыры, но, в отличие от Sgr А*, вокруг них формируется яркий аккреционный диск. Закручивающееся вещество разогревается из-за сил трения до экстремальных температур и испускает излучение в оптическом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Яркость диска часто достигает предела Эддингтона, также могут возникать джеты — струи плазмы, перемещающейся с околосветовой скоростью. АЯГ являются одними из самых подходящих кандидатов на роль источников высокоэнергетических космических лучей.
Считается, что в прошлом многие галактики имели активные ядра, поскольку тогда им было доступно больше холодного газа, чем сейчас. Это объясняет, почему квазары, которые являются самыми яркими объектами во Вселенной, встречаются только в отдаленных регионах Вселенной — свет от них летел миллиарды лет. Хотя в настоящее время в ядрах почти всех галактик находятся сверхмассивные черные дыры, не все они испускают излучение, достаточное для того, чтобы считаться активными. В то же время есть основания полагать, что и у Млечного Пути когда-то имелось активное ядро, и наша галактика также являлась квазаром.
Вспышка Стрельца А* в рентгеновских лучах
Одним из свидетельств бурной молодости Млечного Пути являются пузыри Ферми — две структуры, исходящие из ядра по обе стороны плоскости спирали и испускающие гамма-рентгеновское излучение. Считается, что они были порождены Стрельцом A*, когда он был активен и имел джеты. Хотя некоторые ученые предполагают, что источник пузырей Ферми совсем другой — частые сверхновые в центральных областях галактики.
Эхо рентгеновских лучей, отраженное от космической пыли, показывает, что несколько столетий назад (строго говоря, тысячелетий — свет от центра галактики идет 26 тысяч лет) светимость черной дыры могла достигать несколько сотен тысяч светимостей Солнца. Еще один признак активного ядра Млечного Пути — необычное остаточное свечение Магелланова Потока, пояса межзвездных облаков, протянувшихся от Магеллановых облаков до южного полюса галактики. Ученые считают, что свечение было вызвано прохождением джета от сверхмассивной черной дыры. Ее светимость в этом случае достигала несколько миллиардов солнечных, и происходило это всего лишь несколько миллионов лет назад.
Поэтому даже относительно спокойное ядро галактики на какое-то время может вновь стать активным. Млечному Пути вряд ли предстоит вновь стать квазаром — их время давно прошло. Но если в черную дыру попадет достаточно вещества, произойдет яркая сейфертовская вспышка с возникновением джетов. Правда, человечество вряд ли это увидит даже в далеком будущем, поскольку центр нашей галактики надежно скрывают газопылевые облака.
Галактический котел: что увидели астрономы в центре Млечного Пути
Рентгеновское зрение
Центр Галактики оказался удивительным местом. Здесь, на расстоянии около 26 000 световых лет от Земли, угнездилась сверхмассивная черная дыра массой в 4 млн солнц. Гравитация этого монстра заставляет окружающее вещество падать на него с огромным ускорением. Потоки газа, устремляющиеся навстречу бездне, сталкиваются друг с другом и разогреваются трением. В результате черная дыра перестает быть черной: окружающее ее облако раскаленной плазмы сияет как сотня солнц.
Энергия, запасенная в этом бурлящем котле, так велика, что он извергает потоки вещества в окружающее пространство, и это несмотря на притяжение своей сверхмассивной «хозяйки». Здесь происходят грандиозные вспышки и другие бурные процессы.
Деятельность черной дыры накладывает свой отпечаток на весь центр Галактики. Мощное излучение ее вспышек мешает образовываться звездам и, возможно, регулярно уничтожает окрестные планеты. Магнитные поля пронизывают горячий межзвездный газ, заставляя его плясать под свою дудку. А по соседству, в плотных и холодных облаках водорода, вещество бурлит, хаотично двигаясь со скоростью в десятки километров в секунду.
В общем, центр Млечного Пути дает астрономам шанс изучить процессы, непохожие ни на что другое в Галактике. К сожалению, сделать это непросто: сердце нашего звездного острова закрыто плотными облаками пыли и газа. Они непроницаемы даже для лучших оптических телескопов.
Однако там, где отступает свет, на помощь приходят другие излучения. Рентгеновские лучи с легкостью проходят сквозь космическую завесу. В исследовании, опубликованном Дэниэлом Ваном в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, представлена новая карта центра Млечного Пути. В ее основе данные рентгеновского телескопа Chandra, накопленные с 1999-го по 2019 год, 370 наблюдательных сеансов заняли почти 65 суток чистого времени. В результате получилась беспрецедентно подробная карта области размером 2000х1000 световых лет. Для сравнения: от Солнца до ближайшей звезды всего четыре световых года.
Инструмент запечатлел целую паутину нитей горячего газа. Эти структуры вытянуты на десятки световых лет, но их диаметр в сотни раз меньше длины. Откуда берется эта космическая ткань? Исследователи не знают точно, но теперь у них есть интересная версия.
Короткое замыкание
Ван сопоставил новую карту, полученную «Чандрой» в рентгеновских лучах, с данными радиотелескопа MeerKAT, принимающего космические радиоволны. Удивительно, но нить под названием G0.17-0.41, протянувшаяся на 20 световых лет почти перпендикулярно плоскости Галактики, оказалась на обоих изображениях.
Проанализировав сведения, собранные обоими инструментами, астроном пришел к интересному выводу. Он заключил, что G0.17-0.41 — результат магнитного пересоединения. Так называется процесс, когда две противоположно направленные линии магнитного поля встречаются и частично уничтожают друг друга. При этом запасенная в них энергия высвобождается и нагревает окружающее вещество. Это можно сравнить со взрывом или коротким замыканием.
Магнитное пересоединение хорошо знакомо специалистам по Солнцу: оно отвечает за солнечные вспышки, выбросы вещества в космос и другие капризы нашего светила. Но впервые это явление, характерное для поверхности звезд, наблюдается вблизи черной дыры и вообще в межзвездном пространстве.
Само по себе магнитное поле в окрестности G0.17-0.41 невелико. По расчетам Вана, оно составляет порядка 1 мГс, что в миллион раз меньше поля на поверхности бытового дугообразного магнита. Однако протяженность в десятки световых лет позволяет даже такому слабому полю накопить энергию астрономического масштаба. Выделяясь при пересоединении, она нагревает вещество до десятков миллионов градусов, что превышает температуру в центре Солнца. Неудивительно, что рентгеновское излучение такой длинной и горячей нити заметно даже с орбиты Земли.
При этом Ван полагает, что G0.17-0.41 — это только верхушка айсберга. Облако плазмы, окружающее центральную черную дыру нашей Галактики, генерирует магнитное поле, пронизывающее весь близлежащий космос. Пересоединения магнитных линий могут происходить там постоянно, в совокупности выделяя огромную энергию. Эта энергетическая подпитка может отвечать не только за образование таинственных горячих нитей, но и за другие явления, ранее не имевшие объяснения.
Так, на новой карте «Чандры» с беспрецедентной детализацией запечатлены шлейфы горячего газа, простирающиеся на 700 световых лет вверх и вниз от плоскости Галактики. Ученые все еще спорят о том, какая сила нагревает газ в этих потоках, истекающих из центра Млечного Пути. Возможно, это беспрестанные магнитные пересоединения вкупе со взрывами сверхновых.
Не исключено, что это явление работает и как природный ускоритель, придавая энергию космическим лучам — энергичным частицам, приходящим с просторов Галактики. А на больших расстояниях от черной дыры оно может «взбаламучивать» межзвездный газ, давая начало образованию звезд. Похоже, что астрономы открыли один из важных механизмов, регулирующих жизнь Галактики.
Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора
Лунные деревья, дети астронавтов и редис на SpaceX: 10 фотографий о том, как люди побывали в космосе
Лунные деревья, дети астронавтов и редис на SpaceX: 10 фотографий о том, как люди побывали в космосе
У маленькой галактики нашли огромную черную дыру. Это меняет наши знания о космосе
Астрономы обсерватории Макдональда обнаружили, что у крошечной галактики-спутника есть огромная черная дыра, почти такая же массивная, как у Млечного Пути.
Читайте «Хайтек» в
Астрономы из Техасского университета обнаружили необычно массивную черную дыру в центре одной из карликовых галактик-спутников Млечного Пути. Речь идет о галактике Лев I.
В ней находится черная дыра, почти такая же массивная, как и та, что есть в нашей галактике. Это открытие может изменить наше понимание того, как развиваются все галактики.
Авторы новой работы решили изучить Лев I из-за ее особенности. В отличие от большинства карликовых галактик, вращающихся вокруг Млечного Пути, Лев I не содержит большого количества темной материи. Исследователи подсчитали, как изменяется плотность темной материи при переходе от внешних краев галактики до ее центра. В частности, команда хотела знать, увеличивается ли плотность темной материи по направлению к центру галактики и будут ли эти данные соответствовать тем, что были собраны ранее с использованием устаревшей техники.
Когда они провели измерения, то неожиданно выяснили, что согласно полученным данным в центре галактики должна быть черная дыра. Авторы отмечают, что соотношение масс абсолютно огромно.
Также эти результаты отличались от измерений, проведенных до этого, например, центральная, плотная область галактики ранее не была исследована.
Результаты этого исследования очень важны, отмечают авторы, так как астрономы используют галактики, такие как Лев I последние 20 лет, чтобы понять, как происходит процесс распределения темной материи.
В соседней галактике найдена необычная гигантская черная дыра
В центре одной из карликовых галактик-спутников Млечного Пути, — Лев I найдена необычно массивная черная дыра. Открытие сделано астрономами Техасского университета. Масса открытой материи сравнима с черной дырой в центре Млечного Пути. Как говорится в научном материале, опубликованном учеными в журнале The Astrophysical Journal, открытие может изменить представления научного мира об эволюции галактик и их ядер.
В отличие от большинства карликовых галактик, соседних с Млечным Путем, Лев I не содержит большого количества темной материи, которая была измерена учеными для оценки скорости движения звезд, расположенных на разном расстоянии от центра. Выяснилось, что чем быстрее движутся звезды, тем больше темной материи находится на их орбитах. Открытие предоставило ученым возможность выстроить профиль темной материи в галактике, иными словами, измерить ее количество в зависимости от расстояния от центра.
В ходе исследования ученым удалось установить, что с учетом небольшого количества темной материи, звезды ведут себя так, словно в центре Льва I находится гигантская черная дыра. В настоящее время у астрономов нет объяснения нахождения столь массивной черной дыры в небольшой галактике. Ученые выдвинули предположение, что рост такого объекта происходит из-за взаимодействия карликовых галактик с более крупными галактиками, в результате чего меньшие черные дыры сливаются с большими.
Однажды в галактике: открытие мощной вспышки звёздообразования позволит воссоздать историю эволюции Млечного Пути
Исследователи из Европейской южной обсерватории (ESO) обнаружили следы мощной вспышки в Млечном Пути, произошедшей около миллиарда лет назад. Событие привело к взрыву сотен тысяч сверхновых и, как следствие, зарождению большого количества новых звёзд. Об этом сообщила пресс-служба обсерватории. По мнению российских астрофизиков, это позволит больше узнать об эволюции нашей галактики.
Открытие было сделано с помощью Очень большого телескопа, установленного в чилийской высокогорной пустыне Атакама. Телескоп представляет собой крупнейший наземный комплекс для изучения космоса, состоящий из приборов для наблюдения волн разного диапазона — от ближнего ультрафиолетового до среднего инфракрасного.
Центр Млечного Пути очень сильно запылён, и, чтобы увидеть происходящие в этом регионе процессы, используются специальные приборы, регистрирующие волны не в оптическом, а в инфракрасном спектре, сообщил в интервью RT ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга МГУ Александр Гусев.
«Европейские коллеги проделали работу на высочайшем уровне, и с помощью уникальной аппаратуры им удалось получить изображение центра Млечного Пути в очень хорошем разрешении», — отметил Гусев.
По словам российского астрофизика, открытие ESO позволяет лучше узнать историю Млечного Пути.
«Во многих галактиках основная масса звёзд образовалась на начальной стадии, то есть в первые пять млрд лет. Потом в некоторых галактиках происходили и вторичные вспышки звёздообразования. В нашей галактике основная часть звёзд образовывалась в период от 13,5 до 8 млрд лет назад. Тогда как обнаруженная европейскими учёными вспышка принадлежит к относительно позднему периоду эволюции Млечного Пути. Она произошла примерно 1 млрд лет назад и была довольно резкой, так как длилась всего 100 млн лет», — заявил учёный.
По мнению Гусева, полученные европейскими учёными данные о времени, продолжительности и мощности события ещё предстоит анализировать астрофизикам-теоретикам, исследующим эволюцию нашей галактики.
«Теперь необходимо объяснить причину вспышки звёздообразования, произошедшую после спокойных миллиардов лет. Можно предположить, что на галактику могли упасть галактика-спутник или газовое облако. Будем ждать дальнейших результатов исследований», — сказал астрофизик.
Как сообщил учёный, теперь полученные Очень большим телескопом результаты будут использовать в своей работе и российские астрофизики.
«Думаю, российские учёные обязательно заинтересуются этой проблемой. И какой-то результат нам выдадут», — подытожил Гусев.