100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Астрономы наблюдали разрыв звезды черной дырой

Битва титанов: как черная дыра столкнулась с нейтронной звездой

Большая международная группа астрономов отчиталась в журнале Astrophysical Journal Letters о первых наблюдениях за столкновением и слиянием черной дыры с нейтронной звездой. Два подобных события были зафиксированы с разницей всего 10 дней. Подробное изучение этих катаклизмов может многое рассказать о самых экзотических объектах во Вселенной.

Когда пространство волнуется

Нейтронные звезды и черные дыры — вероятно, самые необычные объекты во Вселенной. Первые отличаются чудовищной плотностью: при массе порядка солнечной они имеют диаметр в считанные километры. Кубический сантиметр такого вещества весит сотни миллионов тонн. У вторых плотность вообще теоретически бесконечна, так что у них даже поверхности нет, а есть горизонт событий — граница невозврата, из-за которой не может вырваться даже свет.

Ученым очень далеко до того, чтобы воспроизвести что-нибудь подобное в лаборатории. Зато эти объекты, возникшие на испытательных полигонах самой природы, дают физикам возможность проникнуть в самые глубокие свойства материи. Свой интерес и у астрономов, ведь нейтронные звезды и черные дыры — это остатки светил, взорвавшихся как сверхновые. Изучая их, можно многое узнать о том, как рождаются, живут и умирают звезды.

В 2015 году в исследовании этих сгустков сверхплотной материи была открыта новая глава — впервые были зафиксированы гравитационные волны от столкновения двух черных дыр.

Гравитационная волна — это колебание пространства-времени, которое слегка меняет расстояния между предметами. Если такая волна накроет нас за утренним кофе, стол, за которым мы сидим, будет периодически становиться то ближе, то дальше. И это даже трудно будет назвать движением в обычном смысле: будет меняться сама дистанция между двумя точками в пространстве.

Правда, мы этого не почувствуем. Изменения расстояний незаметны даже в микроскоп, потому что гравитационные волны необычайно слабы. Идея приборов, все же способных их фиксировать, была выдвинута советскими учеными Михаилом Герценштейном и Владиславом Пустовойтом еще в 1960-х, но лишь полвека спустя технологии развились достаточно, чтобы осуществить этот замысел.

Расположенная в США пара детекторов LIGO регистрирует изменение расстояний на величину, которая много меньше диаметра протона. Этот дуэт, обошедшийся в $365 млн, настолько чувствителен, что фиксирует даже квантовые шумы, не говоря уж о таких «огромных» воздействиях, как движение молекул в деталях прибора. Третий и пока последний действующий детектор гравитационных волн — расположенный в Италии VIRGO. Еще один подобный инструмент под названием KAGRA строится в Японии.

Теоретически гравитационные волны порождает любое тело, движущееся с ускорением, так что окружающее пространство буквально переполнено ими. На практике даже такие шедевры инженерной мысли, как LIGO и VIRGO, фиксируют лишь самые мощные гравитационные всплески, порожденные масштабными космическими катастрофами — столкновениями черных дыр или нейтронных звезд.

Читайте так же:
Почему у человека в воде болят глаза?

Давным-давно в далекой галактике

На сегодняшний день обнаружены уже десятки всплесков гравитационных волн. Почти все порождены столкновениями черных дыр друг с другом, в результате которых они сливаются в единую черную дыру. Физики очень ценят эти наблюдения. Благодаря им, например, совсем недавно подтвердилось теоретическое предсказание Стивена Хокинга, что площадь горизонта событий никогда не уменьшается, что бы ни происходило с черной дырой.

Большим открытием стало первое столкновение двух нейтронных звезд, зафиксированное в 2017 году. Подобные «ДТП», в отличие от столкновений черных дыр, порождают не только гравитационные волны, но и вспышку, которую можно наблюдать в телескопы. Астрономы изучили это событие во всех возможных диапазонах, от радиоволн до гамма-лучей, и выяснили много интересного. Правда, специалисты до сих пор спорят, что же получилось при слиянии двух столкнувшихся объектов — нейтронная звезда или черная дыра.

Не хватало лишь гибридного варианта: столкновения нейтронной звезды с черной дырой, при котором участники «ДТП» сливаются и превращаются в новую черную дыру. Правда, однажды наблюдалось слияние черной дыры с телом, о котором трудно было сказать наверняка, является оно нейтронной звездой или черной дырой. Это случилось 14 августа 2019 года. Эксперты были почти уверены, что в черную дыру врезалась именно звезда, СМИ запестрели заголовками, но в итоге выяснилось, что небесное тело было подозрительно массивным, на грани возможного для нейтронной звезды. Так что, вполне возможно, это была все-таки черная дыра, пусть и самая легкая в истории наблюдений.

Теперь же астрономы объявили сразу о двух событиях, которые надежно классифицируются как гибридные. Удивительно, но они были обнаружены друг за другом с разницей всего в 10 дней. Первый всплеск гравитационных волн достиг Земли 5 января 2020 года, а второй — 15 января. По традиции, эти события обозначили GW200105 и GW200115. Здесь GW означает «гравитационные волны» (gravitational waves), а цифры маркируют дату события.

Всплеск GW200105 был вызван тем, что нейтронная звезда массой от 1,7 до 2,2 солнечной столкнулась и слилась с черной дырой массой от 7,4 до 10,1 солнечной. Это произошло в 550–1270 млн световых лет от Земли. Для сравнения: расстояние от Млечного Пути до галактики Андромеды составляет всего 2,5 млн световых лет. Даже при минимальной оценке дистанции получается, что по земному времени катастрофа произошла еще до наступления палеозойской эры. И только теперь гравитационные волны достигли Земли, при том, что они движутся со скоростью света.

Ученые не могут точно сказать, где именно случился древний катаклизм. Во время наблюдения был включен лишь один из пары детекторов LIGO, а для менее чувствительного VIRGO сигнал оказался слишком слабым. Поэтому направление на источник сигнала было определено не слишком точно. Область неба, в которой он мог бы находиться, по площади в 34 тысячи раз больше полной Луны.

Читайте так же:
Интересные факты о собаках: описание, фото и видео

А вот всплеск GW200115 «видели» все три действующих детектора, так что «подозрительный» участок неба куда меньше — всего 2900 полных лун. В этом катаклизме нейтронная звезда массой 1,2–2,2 солнечной врезалась в черную дыру массой от 3,6 до 7,5 солнечной. А случился он в 650–1470 млн световых лет от Земли.

У экспертов нет единого мнения, порождает ли столкновение черной дыры с нейтронной звездой видимую вспышку. Несколько телескопов прозондировали области неба, из которых пришли сигналы GW200105 и GW200115, но не нашли ничего примечательного.

Зато благодаря долгожданному открытию специалисты оценили, как часто происходят подобные катаклизмы. Оказалось, что это воистину редкие птицы. В кубе пространства с ребром в один гигапарсек (3,26 млрд световых лет!) случается лишь от 10 до 120 подобных катастроф в год. Правда, это если считать, что измеренные в событиях GW200105 и GW200115 массы типичны для участников столкновений «нейтронная звезда + черная дыра». Допуская более широкий диапазон масс, ученые получили чуть более оптимистичные оценки: от 60 до 240 катаклизмов.

Теперь исследователям предстоит подробно изучить данные, собранные о гравитационных всплесках GW200105 и GW200115. Возможно, они расскажут о свойствах черных дыр или нейтронных звезд что-нибудь новое и интересное.

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

Астрономы наблюдали разрыв звезды черной дырой

РОСКОСМОС-СПОРТ

Спектр-РГ увидел событие приливного разрушения звезды черной дырой

В начале ноября 2020 года телескоп eROSITA, установленный на борту российской орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ», зарегистрировал новый источник на небе, который привлек внимание отечественных астрофизиков мягкостью своего рентгеновского спектра. Наблюдения на крупнейшем в мире 10-метровом телескопе Кека (Гавайи, США), подтвердили, что зарегистрировано излучение аккреционного диска со светимостью в десять миллиардов раз превышающей светимость нашего Солнца во всех диапазонах спектра. Такие источники с временем жизни порядка полугода должны появляться при приливном разрушении звезды, пролетевшей слишком близко от сверхмассивной черной дыры.

К середине декабря 2020 года телескопы рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» завершили второй обзор неба. Таким образом, за год, прошедший с начала сканирования в декабре 2019 года, все небо было «просмотрено» обсерваторией два раза. Сравнение двух карт неба, полученных телескопом eROSITA, позволяет исследовать переменность источников рентгеновского излучения и, в частности, искать рентгеновские транзиенты — объекты, излучение от которых не детектировалось в первом обзоре, но которые стали яркими во втором (или наоборот). Такие источники, увеличившие за полгода свою яркость более, чем в 10 раз, eROSITA находит в среднем примерно раз в сутки.

Читайте так же:
Почему на Масленицу сжигают чучело? Причины, описание, фото и видео

Среди внегалактических транзиентов, детектируемых eROSITA, особый интерес астрофизиков вызывают события, связанные с приливным разрушением звезд в гравитационном поле сверхмассивной черной дыры. Одно из таких событий и было обнаружено сотрудниками отдела астрофизики высоких энергий Института космических исследований Российской академии наук 9 ноября 2020 года.

Рентгеновские изображения участка неба размером 5×5 угловых минут в диапазоне 0.3-2.2 кэВ, полученные телескопом eROSITA в первом (слева) и во втором (справа) обзоре неба. Каждая светлая точка изображает один (или более) рентгеновский фотон. В первом обзоре из окрестности источника не зарегистрировано ни одного фотона, во втором обзоре — более ста рентгеновских фотонов

Менее чем через две недели после открытия объекта телескопом eROSITA, американские астрономы на 10-метровом телескопе обсерватории Кека на Гавайских островах получили спектр этого объекта, в котором регистрировались эмиссионные линии водорода и ионов гелия и кислорода.

Российская орбитальная рентгеновская обсерватория «Спектр-РГ» продолжает сканирование небесной сферы — две недели назад начался третий (из восьми запланированных) обзор неба. Предприятия Госкорпорации «Роскосмос» ведут управление спутником, антенны дальней космической связи ежедневно осуществляют прием научных данных и посылают команды на спутник и его научные приборы, которые находятся на расстоянии в полтора миллиона километров от Земли (в четыре раза дальше Луны). Ученые ИКИ РАН ведут обработку научных данных на компьютерах в центре данных проекта.

Черную дыру застали за превращением звезды в "спагетти"

ТАСС, 12 октября. Астрономы получили первые фотографии того, как притяжение черной дыры растянуло звезду в узкую линию после того, как та приблизилась к ней на опасное расстояние. Статью с описанием этого опубликовал научный журнал Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Впервые зафиксирован побег света из ближайших окрестностей черной дыры

"Мы привыкли считать, что черные дыры "проглатывают" звезды только в научной фантастике. Однако это именно то, что происходит в реальности. Мы впервые смогли проследить за тем, как сверхмассивная черная дыра разорвала на тонкие полоски примерно половину звезды, которая по размерам и массе похожа на Солнце", – рассказал один из авторов статьи, доцент Бирмингемского университета (Великобритания) Мэтт Николл.

Ученые считают, что в центре предположительно всех галактик Вселенной находится одна или даже несколько сверхмассивных черных дыр. К примеру, в Млечном Пути располагается черная дыра Sgr A* (Стрелец А со зведочкой), которая находится на расстоянии в 26 тысяч световых лет от Земли. Астрономы предполагают, что она примерно в 4 млн раз тяжелее Солнца.

Наблюдения за Sgr A* и другими подобными объектами показывают, что близко к подобным объектам время от времени подходят окружающие их звезды. Ученые предполагают, что часть из них постепенно сближается с черными дырами, а потом притяжение последних разрывает звезды на части. В результате происходит мощная вспышка света и других электромагнитных волн.

Читайте так же:
Шаровая молния – что это, описание, когда появляется, опасности, виды, фото и видео

Астрономы уже много лет наблюдают за подобными явлениями. Их используют для проверки теории относительности, чтобы лучше узнать свойства черных дыр и понять, как устроены их окрестности.

Николл и его коллеги впервые изучили первую стадию этого процесса, которую астрономы называют "спагеттификацией". В ходе этого процесса звезда под действием притяжения черной дыры растягивается в множество узких лент из очень горячей плазмы.

Яркий "обед" черной дыры

Намеки на то, что этот процесс существует не только в теории, ученые впервые нашли лишь два года назад. Они наблюдали за черной дырой в сливающихся галактиках Arp 299, которые находятся в 140 млн световых лет от Земли. Полноценным наблюдениям за этим событием помешало облако из пыли, которое закрыло сверхмассивную черную дыру почти сразу после начала спагеттификации.

В ходе новой работы Николл и его коллеги узнали, почему появилось такое облако. Они проследили за всей спагеттификацией в ядре спиральной галактики AT2019qiz, которая находится в созвездии Эридана в 215 млн световых лет от Земли. Астрономы начали следить за этой галактикой еще до того, как черная дыра полностью разрушила сблизившуюся с ней звезду размером с Солнце.

Оказалось, что мощные выбросы газа и пыли происходят из-за самой спагеттификации. Они начинают скрывать окрестности черной дыры от наблюдателей еще до того, как та начнет поглощать материю разрушенной звезды и выбрасывать ее часть в виде джетов – тонких пучков горячей плазмы, которые разогнаны до скоростей, близких к скорости света.

Вдобавок ученые обнаружили намеки на то, что черная дыра не разрушила звезду полностью, а лишь сорвала с нее внешние оболочки, на которые приходилось от 50% до 75% ее массы. Дальнейшая судьба ядра и прочих останков бывшей звезды пока неизвестна.

Ученые надеются, что дальнейшие наблюдения за ядром AT2019qiz и другими подобными последствиями сближения черных дыр и звезд с помощью более мощных приборов помогут им найти ответ на этот вопрос и понять, как протекает спагеттификация звезд и что с ними происходит после этого.

Астрономы увидели пожирание звезды черной дырой редкого типа

Американские, нидерландские и израильские астрономы провели наблюдения в рентгеновском диапазоне черной дыры промежуточной массы, которая разрывает на части и поглощает соседнюю звезду. Статья об этом опубликована в Astrophysical Journal.

Черная дыра промежуточной массы (IMBH), или черная дыра средней массы, — это объект, масса которого существенно больше, чем масса так называемой черной дыры звездной массы (десятки солнечных масс), но при этом значительно меньше массы сверхмассивной черной дыры (миллионы или даже сотни миллионов масс Солнца). Есть известная проблема дефицита наблюдаемых объектов подобного рода в космосе, тогда как теории предполагают гораздо большую их распространенность. Возможно, по какой-то причине им удается успешно скрываться, однако рассматриваемый объект выдает себя именно неаккуратным поглощением звезды, в результате которого к тому же превращается в уникальную лабораторию физики элементарных частиц.

Читайте так же:
Почему в жару хочется спать?

«Тот факт, что мы смогли застать эту черную дыру за пожиранием звезды, дал нам замечательную возможность наблюдать то, что в противном случае оставалось бы скрытым», — замечает одна из авторов статьи, астроном Энн Заблудофф из Аризонского университета.

Разрушение звезды происходит под действием приливных сил. Все это сопровождается образованием аккреционного диска, релятивистских струй-джетов и мощнейшим излучением во всех диапазонах, которое может затмить свет всех звезд в галактике, где находится такая черная дыра, на месяцы или даже на годы. Десятки подобных событий были зарегистрированы в центрах больших галактик, содержащих сверхмассивные черные дыры, иногда они наблюдались также в центрах малых галактик, которые могут содержать черные дыры промежуточной массы, однако прежде эти данные не были достаточно однозначными для того, чтобы показать, что за гибель такой-то конкретной звезды ответственна именно черная дыра промежуточной массы.

В этот раз астрономы обратили внимание на событие, обозначаемое как 3XMM J215022.4−055108 (для краткости J2150), которое наблюдалось в 2003 году в центре звездного скопления на окраине галактики, удаленной от нас на 740 млн световых лет. Большое число данных по вспышке, собранных за десяток лет, позволил провести детальное моделирование аккреционного диска, в результате которого ученые установили массу и скорость вращения изучаемой ими черной дыры. Ее 10 тыс. солнечных масс как раз и соответствуют черной дыре промежуточной массы.

По словам Энн Заблудофф, оценка скорости вращения J2150 может дать еще более интересные результаты — понимание того, как растут черные дыры и, возможно, ключ к физике элементарных частиц. С помощью этой природной лаборатории астрофизики могут проверить некоторые гипотезы о природе темного вещества, которое, как считается, составляет большую часть материи во Вселенной. Среди кандидатов на темное вещество есть гипотетические частицы, именуемые сверхлегкими бозоны. Если эти частицы существуют и их массы находятся в определенном диапазоне, то они должны предотвращать быстрое вращение черной дыры промежуточной массы. А так как черная дыра J2150 вращается очень быстро, то теперь уже можно исключить целый класс теорий со сверхлегкими бозонами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию