Пытаясь понять природу сверхмассивных черных дыр, ученые обнаружили десятки настоящих монстров

Изучение нескольких десятков галактик, находящихся в радиусе нескольких миллиардов световых лет от нашей собственной, позволило открыть несколько черных дыр, которые многократно превышают наши ожидания по поводу того, насколько большими они могут вырастать. Последнее исследование не только помогает нам лучше понять эволюцию этих загадочных астрофизических объектов, но и открывает для нас новые интересные вопросы. Например, каким образом черные дыры становятся настолько невероятно массивными?

Черные дыры, представляющие собой результат звездного коллапса, не нуждаются в представлении.

Мы слышали о том, что они вызывают возмущения пространства-времени, наблюдали за их «отрыжкой» и даже, возможно, впервые в истории сможем увидеть своими глазами одну из них в этом году. Ученым очень интересны черные дыры, и на это есть вполне понятная причина.

«Что такое галактики? Это «кирпичики», объединяющиеся в общую картину Вселенной. И чтобы понять, как они формируются и эволюционируют, мы сперва должны понять, как работают черные дыры», — говорит физик Джулия Хлавачек-Ларрондо из Монреальского университета (Канада).

Не то чтобы черные дыры сами упрощали эту работу – весьма сложно разобраться в том, что невозможно (как нам кажется) увидеть напрямую. Поэтому астрофизики ищут иные зацепки, которые позволили бы копнуть глубже. Одно из направлений – поиск связи между массами черных дыр и галактик, в которых они находятся. Если бы у нас был простой способ, позволяющий сопоставить размер галактик с находящимися в их центрах черными дырами, то, по мнению ученых, это сэкономило бы нам кучу времени и усилий по исследованию как первых, так и вторых.

Поэтому Хлавачек-Ларрондо, объединив усилия с другими учеными из Канады, Испании и Великобритании, провела исследование 72 галактик, расположенных в радиусе 3,5 миллиарда световых лет от нас, в надежде прийти к какой-то общей формуле, которая могла бы упростить определение массы черных дыр в галактических центрах. О своих наблюдениях ученые поделились в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Для оценки размера самих черных дыр команда исследователей проводила анализ спектра рентгеновского излучения, вырывающегося из вихревых потоков раскаленного газа аккреционных дисков черных дыр, а затем сопоставляли цифры с общим уровнем яркости окружающей галактики.

Согласно довольно популярной гипотезе, чем больше сама галактика, тем больше может быть и сама черная дыра, находящаяся в ее центре, – но на практике все оказалось не так просто, как ожидалось.

«Мы обнаружили, что черные дыры могут быть гораздо больше предполагаемых уставных размеров», — прокомментировал ведущий автор исследования Мар Мезкуа из Института космических наук в Испании.

Вместо ожидаемой корреляции в массе и размере со своими галактиками некоторое число черных дыр продемонстрировало гораздо более быстрый рост и набор массы по сравнению с остальным окружающим их пространством. Оказалось, что около 40 процентов исследованных черных дыр обладают массой, в 10 и более миллиардов раз превосходящей массу Солнца. Здесь правда следует уточнить, что никаких рекордов по массе зафиксировано не было, и первенство по-прежнему принадлежит черной дыре галактики NGC 4889, чья масса эквивалентна 21 миллиарду солнечных масс. Кроме того, есть подозрения, что галактика S5 0014+81, расположенная в 12,1 миллиарда световых лет от нас, содержит настоящего монстра с массой около 40 миллиардов Солнц. Но тем не менее такое большое число сверхмассивных черных дыр заставило ученых задуматься о том, как они такими становятся.

Исследователи имеют два предположения на этот счет: либо эти черные дыры изначально появились очень большими, а затем в буквальном смысле притянули большую часть материи галактики вокруг себя, либо же в наших знаниях о том, как галактики производят черные дыры, имеются серьезные пробелы.

«Они такие большие, потому что сразу такими появились, или же в этом им помогли идеальные условия, позволявшие очень быстро расти в течение нескольких миллиардов лет? В настоящий момент мы не можем ответить на этот вопрос», — говорит Мезкуа.

Однако ответ на этот вопрос может содержаться в другом иследовании, опубликованном в крупнейшей онлайн-библиотеке научных работ arXiv.org и ожидающем проверки. В его ходе ученые изучили более 30 000 галактик, расположенных в радиусе 12,2 миллиарда световых лет, и обнаружили, что соотношение показателя роста черных дыр и темпов роста звезд ускорялось с ростом самих галактик, в которых находились исследуемые объекты. Другими словами, у галактик с большим количеством звезд черные дыры оказывались всегда «прожорливее».

Более обобщающим выводом из этих исследований является то, что связь между звездообразованием и черными дырами действительно имеется, и она очень запутанная. Безусловно, потребуется еще не один десяток исследований для того, чтобы лучше в ней разобраться. Но одна вещь становится понятной уже сейчас – без этих гигантов наша Вселенная выглядела бы совсем по-другому.

Решена старая загадка ледяной шапки южного полюса Марса

Собственно говоря, ледяные массы вообще не должны там собираться и задерживаться, но взаимодействие сразу трех факторов предотвращает их дестабилизацию.

Южный полюс Марса покрыт наложившимися друг на друга многочисленными слоями льда из углекислого газа и воды. Фото: NASA/JPL

Марс - разумеется, помимо Земли - самая изученная планета в нашей Солнечной системе. Уже десятки зондов внимательно исследовали и исследуют Красную планету, как с орбиты и во время облета Марса, так и непосредственно на его поверхности.

Советские, американские, европейские и индийские миссии смогли ответить на многие остававшиеся до поры до времени без ответа вопросы, но новые наблюдения привели и к многочисленным новым загадкам. Одна из них связана с огромной, толщиной около километра, шапкой из углекислого газа и водяного льда на южном полюсе Марса. Ученым до сих пор было неясно, например, наблюдается ли там слоистая структура ледяных масс и существует ли у этой шапки связь с СО2 в марсианской атмосфере.

Точная симуляция

Одна из основных гипотез формирования ледяных слоев связана со слегка наклоненной осью вращения Марса, которая склоняется к Солнцу и отклоняется от него в течение года. И вот теперь новое моделирование подкрепило это объяснение. «Когда разрабатываешь модель, то обычно не ожидаешь, что ее результаты настолько приблизятся к наблюдениям», - говорит Питер Бюлер, планетолог из Лаборатории реактивного движения NASA. - «Но толщина слоев, предполагаемая нашей моделью, идеально совпадает с радиолокационными измерениями со спутников».

Когда в южном полушарии Марса господствует лето, его южный полярный ледяной покров сокращается до минимума. Снимок был сделан аппаратом NASA Mars Global Surveyor (апрель 2000 г.). Фото: NASA

Самое же странное в южной полярной шапке - это то, что она просто не должна существовать в таком виде: водяной лед термически более стабилен и темнее по цвету, чем лед CO2, поэтому ученые склонны были ожидать, что лед углекислого газа дестабилизируется при попадании под водяной лед. Но, как стало известно, шапка содержит столько же CO2, сколько вся теперешняя атмосфера Марса.

Три причины, почему ледяная шапка южного полюса существует

Согласно модели Бюлера и его команды, представленной в журнале Nature Astronomy, дестабилизации льда CO2 препятствовали три фактора: изменение наклона Марса при движении вокруг Солнца, различия в принципе, которым оба типа льда отражают солнечный свет и изменение атмосферного давления, когда лед СО2 сублимирует, то есть переходит в газообразное состояние.

Южная полярная шапка Марса в конце зимы. Постоянный ледяной покров в центре окружен сезонным льдом, который постепенно исчезает в последующие месяцы (Mars Global Surveyor, сентябрь 2001 г.). Фото: NASA

«Шатание» оси вращения Марса, так называемая прецессия, влияет на сезонное количество солнечного света, достигающего полюсов, как это происходит и на Земле. При этом в определенные месяцы лед СО2 образуется, а в другие месяцы сублимирует. Со временем меняющийся климат Красной планеты привел к тому, что не каждый раз лед СО2, когда это ему «положено», сублимирует, а вместо этого слои льда СО2 и водяного льда накладываются друг на друга. При этом модели демонстрируют, как этот процесс изменяет атмосферное давление: от четверти до двойного уровня наблюдаемого сейчас марсианского давления.

Старше 500 тысяч лет

По словам ученых, этот процесс наблюдается уже в течение примерно 510 тысяч лет, то есть с момента последней фазы экстремальной солнечной радиации, когда весь лед CO2 испарился в атмосферу Марса. «Наши предположения о колебаниях давления в марсианской атмосфере имеют основополагающее значение для понимания развития марсианского климата», - говорит Бюлер. - «И, конечно же, для понимания былой потенциальной пригодности Марса для жизни».

Черная дыра вместо солнца: благоприятные для жизни зоны вокруг черных дыр возможны

Загружается...

Популярное в

))}
Loading...
наверх