Что находится в центре млечного пути и других галактик?

Как обнаружить черную дыру

В конце своей жизни массивные звезды могут превращаться в черные дыры. И на этапе, когда только пытались найти первые черные дыры, возник вопрос: как их можно обнаружить. Первая идея была такой: звезды, особенно массивные, нередко рождаются парами. Одна из таких звезд превращается в черную дыру, и мы перестаем ее видеть. При этом она продолжает существовать. Предполагалось, что мы сможем увидеть вращение соседней звезды вокруг этого невидимого объекта, при помощи вычислений измерить его массу и обнаружить, что в этом месте находится черная дыра.

Сергей Попов рассказывает, что исторически это был первый предложенный способ поиска. С 60-х годов ученые пытались искать их по такому методу, но ничего не обнаружили. Последние пару лет стали появляться возможные кандидаты на звание черных дыр, но ученые пока не уверены, что в паре с обычными звездами находятся именно они.

Визуализация черной дыры

(Фото: NASA)

Если опять обратиться к черной дыре, которая соседствует со звездой, то вещество с обычной звезды может перетекать в дыру. Черная дыра своей гравитацией будет засасывать это вещество. Если представить, что в нее одновременно кинули два камня, они могут столкнуться над горизонтом на скорости почти равной скорости света. При таком столкновении выделится много энергии, которую можно заметить.

Но в звездах не камни, а газ. Когда разные слои газа трутся друг о друга, они нагреваются до миллионов градусов, и это тепло можно увидеть. С помощью такого способа в конце 60-х — начале 70-х годов, когда стали запускать первые рентгеновские детекторы в космос, открыли и первые черные дыры.

Визуализация черной дыры рядом со звездой

(Фото: NASA)

В начале 60-х годов стало ясно, что есть яркие астрономические объекты — квазары. Дословно— «похожий на звезду радиоисточник». Это активные ядра галактик на начальном этапе развития, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры. Обнаружить их можно даже на очень отдаленных расстояниях. В ходе изучения квазаров стало ясно, что это небольшой источник, который находится в центре далекой галактики и при этом испускает много энергии. Попов рассказывает, что когда ученые открывают квазар, они уверены, что там «сидит» сверхмассивная черная дыра. Сейчас это самый массовый способ открытия черных дыр.

Визуализация квазара

(Фото: NASA)

Почти все массивные звезды превращаются в черные дыры, но не все они находятся в двойных системах, или у них нет перетекания. В таком случае дыры ищут другим способом. Сергей рассказывает, что черная дыра сильно искажает пространство-время вокруг себя, но тут важна не столько масса, сколько компактность. Понять это легко, достаточно представить острый предмет. Это предмет с очень маленькой площадью. Если просто ткнуть куда-то пальцем, нельзя проткнуть поверхность, а если с такой же силой надавить на иголку, то проткнется палец, которым на нее давят. Так вот маленькие объекты при той же массе сильнее искривляют пространство-время вокруг себя. Такой эффект называется гравитационным линзированием.

Индустрия 4.0

Как полететь на Луну: самые популярные поисковые запросы на тему космоса

Ученые наблюдают за звездой и вдруг замечают, что ее блеск растет, а потом совершенно симметрично спадает обратно. Со звездой ничего не произошло, но между нами и звездой пролетел массивный объект. И этот массивный объект, искажая пространство-время, собрал световые лучи.

Визуализация черной дыры

(Фото: NASA)

Поэтому кажется, будто возрастает светимость звезды, а на самом деле просто больше ее света было собрано и попало к нам. Звезда с массой десять масс Солнца светила бы очень заметно, ученые бы ее не пропустили. А в таких наблюдениях появляется абсолютно темный объект с массой примерно десять солнечных. Что это может быть? Только черная дыра.

Если есть пара черных дыр, то, сливаясь, они будут порождать гравитационно-волновой всплеск. И в 2015 году впервые были обнаружены такие всплески гравитационного излучения. Это последний на сегодняшний день хороший способ поиска черных дыр.

Визуализация двух черных дыр

(Фото: NASA)

Вспышка Млечного Пути

Около 3 миллионов лет назад наш прямой предок австралопитек афарский ходил по Земле. Возможно, они смотрели вверх и наблюдали, как поток света вырывается вдоль Млечного Пути, ярче любой звезды на ночном небе.

Световое шоу выглядело как статичные лучи в человеческом масштабе времени и мерцающие лучи в масштабах тысячелетий. Сегодня единственным видимым остатком этого чрезвычайно мощного события является охлажденный газ вдоль далекого Магелланова потока.

А что если реактивная струя была направлена ​​прямо на нас? Это актуальный вопрос, потому что мы считаем, что ось вращения аккреционного диска разворачивается в «легких» сверхмассивных черных дырах.

Если бы луч был направлен на Солнечную систему, то струе пришлось бы пробиваться сквозь диск Млечного Пути, и на это ушло бы около 10 миллионов лет.

Таким образом, возможно, что более древний взрыв мог произвести мощную струю, которая еще не достигла нас.

Но нам не нужно беспокоиться, ведь когда струя достигнет нас, она вряд ли будет мощнее самых энергичных солнечных вспышек.

Тайны Млечного Пути

S-звездное скопление, вращающееся вокруг черной дыры в нашей галактике.

Однако в ходе исследования, после внимательного изучения орбиты S-звезд, эффекта Линзе-Терринга обнаружено не было. Учитывая тот факт, что орбиты этих звезд хорошо известны астрономам, мы знаем, что черная дыра в центре нашей галактики должна вращаться медленно. Таким образом команда определила, что спин черной дыры в самом сердце нашей галактики может быть не более 0,1 по шкале от 0 до 1, что означает, что она вращается менее чем на 10% от максимально возможного спина для черной дыры. Для сравнения, спин черной дыры М87 равен по меньшей мере 0,4.

Тайны Млечного Пути

Так как телескоп – это своего рода машина времени, вглядываясь в глубины космоса, мы можем многое узнать о его прошлом. Теперь же ученые полагают, что изучение сверхмассивной черной дыры в центре Стрельца А* может пролить свет на прошлое нашей родной галактики.

Галактики, звезды и черные дыры очень странные объекты

Если вторая черная дыра будет обнаружена, это открытие может указать на другие процессы, которые приводят к тому, что в центрах галактик вращаются эти космические монстры. Кроме того, открытие способно бросить вызов современным представлениям о слиянии и эволюции галактик. В то же самое время, отсутствие второй черной дыры означает, что Млечный Путь не сталкивался с крупными галактиками как минимум 10 миллионов лет.

Так как масса Стрельца А* в 4 миллиона раз больше массы Солнца, это фактически делает ее одной из самых больших черных дыр во Вселенной. Так что если в прошлом и произошло столкновение с другой галактикой, оно было незначительным. Скорее всего Стрелец А* образовалась в результате слияния с более мелкими, карликовыми галактиками. Однако в настоящий момент точного ответа на вопрос о том, сколько черных дыр находится в центре Млечного Пути нет.

Примет ли Россия участие в проекте?

Россия не принимала участие в проекте в первую очередь потому, что не имеет современных радиотелескопов, работающих в миллиметровом диапазоне длин волн. Например, крупнейший в мире космический радиотелескоп «Радиоастрон» (запущен в 2011 году) с диаметром антенны 10 метров, позволивший достигнуть рекордных значений разрешения, работает в сантиметровом диапазоне.

Но ситуация может измениться. В 2018 году Россия и Узбекистан приняли решение достроить на юге Узбекистана уникальный радиотелескоп «Суффа» на одноимённом плато, который должен работать именно в миллиметровом диапазоне. Строительство этого 70-метрового радиотелескопа началось в 1985 году, но в 1991 году было законсервировано. Если всё пойдёт по плану, то телескоп сможет войти в строй к 2024 году. Стоимость работ порядка 4 миллиардов рублей.

Кроме того, в планах российских астрономов запуск космической обсерватории «Миллиметрон» (Спектр-М) с 10-метровым зеркалом, предназначенной для исследований в миллиметровом и инфракрасном диапазонах. Космический телескоп благодаря значительному удалению от Земли существенно увеличивает разрешающую способность интерферометра. Однако, скорее всего, «Миллиметрон» запустят лишь после 2030 года.

Почему это открытие — аномалия?

На просторах бесконечной, расширяющейся Вселенной всем заведует сила гравитации. Бесчисленное количество самых разных небесных объектов сталкиваются между собой, будь то галактики, звезды или планеты. Недавно ученые обнаружили три сверхмассивные черные дыры, которые находятся в центрах трех галактик. Необычным это явление делает то, что сразу три галактики, которые находятся в миллиарде световых лет от нашей планеты, сталкиваются друг с другом. Однако есть еще одна странность — оказалось, что эти сверхмассивные объекты светятся в рентгеновских лучах.

В 2017 году ученые объявили миру об обнаружении гравитационных волн, предсказанных теорией относительности Альберта Эйнштейна. Гравитационные волны достигли нашей планеты, возникнув в результате столкновения двух сверхмассивных черных дыр. Таким образом, исследователи впервые получили данные о слиянии этих космических монстров. Однако, по словам ученых, LIGO или обсерватория VIRGO не смогут обнаружить гравитационные волны, которые возникнут в результате столкновения трех галактик, из-за их низкой частотности. Но обо всем по порядку.

Огромные черные дыры могут раскрыть тайну квазаров

Ученые очень воодушевлены обнаружением самой большой черной дыры из когда-либо известных. Дело в том, что благодаря полученным результатам, в будущем астрономы смогут лучше понять квазары — класс наиболее ярких астрономических объектов, в том числе далекие галактики, в центре которых находятся массивные черные дыры. Эти космические монстры испускают огромное количество света в процессе поглощения близлежащих объектов. Исследователи полагают, что некоторые из наиболее далеких от нас квазаров могут быть настолько яркими, что в их центрах должны существовать черные дыры, превышающие массу нашего Солнца более чем в 10 миллиардов раз. Обнаружение настолько крупной черной дыры в центре сверхскопления галактик подтверждает идею о том, как появляются квазары и эллиптические галактики. Напомним, что в сентябре NASA опубликовало видео, на котором детально изображены будни одних из самых таинственных космических объектов.

Зачем землянам изображение черной дыры?

Снимок подтверждает как сам факт существования черных дыр — хотя в нем никто и так не сомневался, — так и то, насколько точны наши представления о них и бублике из пожираемой ими материи. Попутно он позволил несколько уточнить размеры и, соответственно, массу сверхмассивной черной дыры в центре эллиптической (округлой) галактики М87 в 53,5 миллиона световых лет от нас. М87 оказалась очень солидной дырой — в 6,5 миллиарда раз массивнее Солнца. Диаметр ее — 30 миллиардов километров. То есть если взять центральную часть Солнечной системы — от Солнца до Плутона — и засунуть ее внутрь этой черной дыры, то все наши планеты там спокойно поместятся и еще останется немало дополнительного места.

Другая примечательная деталь: судя по новым снимкам, черная дыра М87 вращается с огромной скоростью, более 90% от теоретически возможной. С близкой скоростью вращается и бублик материи вокруг нее. Такая огромная скорость вращения получена для черной дыры впервые и очень интересна. Дело в том, что черная дыра вращается тем быстрее, чем больше вещества упало на нее за всю ее историю. Получается, М87 не только сейчас активно пожирает материю (что и так видно на снимке ее тени), но и делает это уже миллиарды лет подряд без заметных пауз. Это очень резко отличает ее от поведения большинства черных дыр, которые «питаются» намного скромнее. Было бы неплохо понять, почему М87 такая особенная и что вообще определяет аппетит таких опасных объектов, как крупная черная дыра.


Модель сверхмассивной черной дыры M87

Но и это, пожалуй, далеко не самое важное в полученном результате. Дело в том, что черные дыры, по сути, ключевые действующие лица в окружающей нас Вселенной

Если взглянуть на почти все известные галактики, в центре каждой из них лежит сверхмассивная черная дыра (и в нашем Млечном Пути — тоже). И они там вовсе не для красоты: тяготение таких сверхмассивных объектов «собирает» вокруг себя ядро каждой галактики и в конечном счете саму галактику. Без черной дыры в центре материя не могла бы быстро собраться в достаточно плотные структуры. А значит, и образование звезд, и эволюция планетных систем шли бы куда медленнее.

Из этого легко понять, зачем нужно изучать черные дыры: чтобы понимать, как работает Вселенная вокруг нас, надо знать, как работает главный «сборочный механизм» в ее галактике.


Струя плазмы от сверхмассивной черной дыры в галактике М87, снимок в радиодиапазоне

Приведем простой пример. Черную дыру в центре галактики М87 удалось снять с высоким качеством потому, что эта дыра очень активно «глотает» вещество и перед приемом «пищи» сильно ее нагревает (трением частиц поглощаемого вещества друг о друга). Бублик этой материи от нагрева дает жесткое рентгеновское излучение, а вверх и вниз от черной дыры бьют струи горячей плазмы, разогнанной до десятков и сотен тысяч километров в секунду. Если бы эта иллюминация состоялась в нашей Галактике, то спецэффекты от нашей сверхмассивной черной дыры было бы видно на Земле и днем и ночью.


Струя плазмы от сверхмассивной черной дыры в галактике М87, снимок космчиеского телескопа «Хаббл»

Согласно ряду научных работ, два-три миллиона лет назад все так и было. И тогда наша планета могла получать солидное количество жесткого излучения из центра Галактики, где лежит «местная» галактическая черная дыра Стрелец А*. Что будет, если Стрелец А* перейдет от своего нынешнего «голодного» существования к активному пожиранию материи, как в Галактике М87? Не будет ли это угрожать земной жизни? Можно ли предсказать такое событие заранее и насколько оно опасно? Все это — вопросы, ответы на которые хорошо бы знать заранее, а не тогда, когда будет уже слишком поздно.

В поисках радиоволн

Направляя радиотелескоп на какой-либо космический объект, радиоволны попадают на поверхность инструмента, которая является своего рода зеркалом для радиоволн и может быть металлической с отверстиями внутри (сетка), или из сплошного металла, например алюминия.

Данные, собранные новейшими радиотелескопами, уже позволили астрономам создать наиболее полный на сегодняшний день каталог радиовсплесков. Напомню, что быстрые радиовсплески (FRBS) – это очень короткие, но интенсивные импульсы радиоволн, регистрируемые в радиодиапазоне электромагнитного спектра. Длятся эти импульсы всего несколько миллисекунд, а затем бесследно исчезают.

Впервые быстрые радиовсплекси были в 2007 году и до сих пор остаются загадкой для научного сообщества.

Класс и общее строение

Наша галактика — типичная спиральная галактика с перемычкой, SBbc. Сегодня считается, что спиральные галактики составляют 55% от числа всех галактик Вселенной. А галактики с перемычкой являются наиболее распространенным подтипом — это две третьих всех спиральных галактик. Спирально-перемычечные «звездные острова» ученые считают достаточно молодым типом галактик. Со временем, когда ресурсы галактики исчерпываются, перемычка исчезает.

Снимок центра Млечного Пути

А в чем вообще суть этой перемычки, и как она выглядит? Давайте вкратце разберемся, как построен наш Млечный Путь. Ибо его составные части — единственные вещи относительно галактик, в которых астрономы более-менее уверены.

  • Вы уже точно знаете, что внутри Млечного Пути находится ядро — центральная часть галактики, сосредоточение ее массы, вокруг которой располагаются все остальные части «звездного острова». Во Млечном Пути его образует группа звезд и туч пыли, которые на большой скорости движутся вокруг сверхмассивной черной дыры Стрелец А*. Ядро нашей галактики принадлежит к активным, поскольку выделяет больше энергии, чем суммарно все составляющие его звезды.
  • Дальше идет балдж (от англ. «вздутие, выпуклость») — сферическая объемная оболочка центра Млечного Пути. Его составляют крупные звезды-гиганты, старые светила и раскаленные газы, которые вращаются вокруг ядра с громадными скоростями. Балдж — самая концентрированная и наиболее яркая часть не только нашей, но и любой другой галактики. Но мы почти его не видим, поскольку он закрыт он нас рукавами Млечного Пути и собственной облачной оболочкой.

Центр, балдж и гало

  • По обе стороны от балджа отходит перемычка — мостик, к которому крепятся галактические рукава Млечного Пути. Часто ее не выделяют в отдельный компонент: без рукавов на фоне, балдж сливается с перемычкой, оставляя только небольшое утолщение в центре. Перемычку можно сравнить с оживленным и бурным руслом реки. Здесь постоянно нагнетаются потоки галактических газов и пыли, что приводит к активному образованию звезд.
  • От краев перемычки раскручиваются два главных рукава спирали Млечного Пути — рукава Щита-Кентавра и Персея. Их назвали в честь созвездий земного неба, совпадающих с ними. Существует еще минимум 5 меньших рукавов, которые ответвляются параллельно главным. Однако они являются всего лишь частью галактического диска — тонкого слоя галактики, в котором концентрируется большая часть ее видимого вещества. Толщина диска Млечного Пути равна 2 тысячам световых лет, что довольно мало в сравнении с 180 тысячами с.л. диаметра.

Интересный факт. Рукава — это весьма необычная структура. Когда газ и пыль сохраняют свою спиральную форму и вращаются вместе с галактикой, звезды полностью самостоятельные — они покидают «родительские» рукава и улетают в другие. Существует только один небольшой промежуток, где движение звезд и рукавов синхронно — в этом секторе находится наше Солнце. Астрономы считают, что именно нахождение в таком спокойном месте позволило жизни на Земле сформироваться. Столкновения с облаками галактической пыли и близкие контакты с другими звездами серьезно бы повлияли на планетную систему Солнца.

Галактические рукава и невидимая зона Млечного Пути

Остальную же часть галактики составляет гало. Никто не знает, как далеко оно простирается и где заканчивается. Гало преимущественно заполнено темной материей, которую не так-то просто обнаружить. Однако в нем присутствуют и видимые части. В астрономии их называют сфероидальным компонентом Млечного Пути. Это те видимые светила и облака газов, которые не причисляются к звездному диску — например, шаровые скопления. Светила в них сбиты очень тесно: на кубический парсек в них от 700 до 7000 раз больше звезд!

Шаровые скопления звезд движутся по вытянутым орбитам вокруг Млечного Пути и не контактируют с его газопылевым диском, «заправочной станцией» звездообразования. Поэтому газов у них почти нет, а все звезды приблизительно одного поколения. Но есть скопления, которые выбиваются из этого правила. Они очень плотны, их масса достигает миллионов солнечных масс, и состоят из звезд различного возраста.

Спутники Млечного Пути

Загадка происхождения столь необычных объектов оказалась проста — это остатки ядер тех галактик, которые Млечный Путь поглотил в прошлом. Невероятно, но такие вот «косточки» бывших спутников составляют около четверти всех шаровых звездных скоплений нашей галактики.

Почему М87?

Предполагается, что в любой галактике существует множество чёрных дыр с массой, близкой к массе звёзд, однако их размеры слишком малы для наблюдений. Сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик значительно крупнее, но и расположены они значительно дальше. В настоящее время для наблюдений доступны две сверхмассивные чёрные дыры: одна — в центре нашей Галактики (Sgr A*), другая — в гигантской эллиптической галактике M87 из скопления галактик в созвездии Девы.

Чёрная дыра в центре галактики М87 находится на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли — в две тысячи раз дальше, чем Sgr A*, однако по астрономическим меркам это совсем рядом. Размеры горизонта событий чёрной дыры пропорциональны её массе. Чёрная дыра в М87 имеет массу 6,5 миллиарда солнечных масс, в 1500 раз больше, чем Sgr A*. Благодаря огромной массе и относительной близости к Земле чёрная дыра в центре галактики M87 для земного наблюдателя — одна из крупнейших по своим угловым размерам, что и сделало её идеальной мишенью для исследования. Размер её горизонта событий — 22 микросекунды, лишь немного меньше, чем у Sgr A*, — 53 микросекунды. Он сопоставим с угловым размером спичечного коробка, помещённого на Луну.

Другая причина выбора М87 в том, что она видна и из Северного, и из Южного полушария Земли. Поэтому её могут наблюдать большое число наземных телескопов, что, в свою очередь, позволяет увеличить разрешение получаемых изображений.

Стоит отметить, что из-за большой массы чёрная дыра в М87 менее изменчива, чем Sgr A* (характерное время изменчивости — дни против минут). Изменчивость мешает наблюдениям, поскольку ограничивает время приёма стабильного сигнала. Кроме того, Sgr A* лежит для нас в галактической плоскости и скрывается газопылевыми облаками. Эти проблемы исследователям ещё придётся решать для получения изображения Sgr A*.

Физические характеристики

Гравитационный радиус сверхмассивной ЧД (собственно, как и любого другого тела) — считается по формуле:

rg=2Gm/c2      (м)

G (гравитационная постоянная) = 6,67408(31)·10−11

с — скорость света в вакууме = 299 792 458 м/с

m — масса тела (кг), для которого считается радиус

В астрофизике чаще используют такую формулу :

rg ≈ 2,95 (m/Мʘ)      (км)

m — масса тела (кг), для которого считается радиус

Мʘ — масса Солнца

Для любых невращающихся черных дыр гравитационный радиус больше их фактического радиуса и является также и горизонтом событий.

Из этой формулы выходит, что СМЧД массой 20 млрд. солнечных масс (такая как, например, в галактике NGC 4889) будет иметь горизонт событий приблизительно 6 млрд. километров — это приблизительный радиус орбиты Плутона. При таком объеме средняя плотность будет крайне малой, даже меньше плотности воздуха.

Не стоит, однако путать эту плотность с плотностью СМЧД, она намного выше, если такое понятие как плотность вообще существует при таких массах.

Также неизвестно из чего состоит сама ЧД, как себя ведет и во что превращается в итоге вещество при экстремально высоких давлениях — не изучено, экспериментально достичь таких давлений на Земле, скорее всего, — невозможно.

Формирование

Общепринятой теории образования чёрных дыр такой массы ещё нет. Существует несколько гипотез, наиболее очевидной из которых является гипотеза, описывающая постепенное наращивание массы чёрной дыры аккрецией вещества на чёрную дыру звёздной массы. Другая гипотеза предполагает, что сверхмассивные чёрные дыры образуются при коллапсе больших газовых облаков и их превращении в релятивистскую звезду массой в несколько сотен тысяч Солнечных масс или больше. Такая звезда быстро становится нестабильной к радиальным возмущениям в связи с процессами образования электронно-позитронных пар, происходящими в её ядре, и может сколлапсировать сразу в чёрную дыру. При этом коллапс идёт, минуя стадию сверхновой, при которой взрыв разбросал бы большую часть массы, не позволив образоваться сверхмассивной чёрной дыре. Еще одна модель предполагает, что сверхмассивные чёрные дыры могли образоваться в результате коллапса плотных звёздных кластеров, когда отрицательная теплоёмкость системы приводит дисперсию скорости в ядре к релятивистским значениям. Наконец, первичные чёрные дыры могли образоваться из начальных возмущений сразу после Большого взрыва.

Трудность образования сверхмассивной чёрной дыры заключается в том, что достаточное для этого количество вещества должно быть сконцентрировано в относительно небольшом объёме. Для этого у материи должен быть очень малый начальный угловой момент — то есть медленное вращение. Обычно скорость аккреции на чёрную дыру ограничена именно угловым моментом падающей материи, который должен быть в основном передан обратно наружу, что и ограничивает скорость роста массы чёрной дыры.

В наблюдаемом списке кандидатов в чёрные дыры есть провал в распределении масс. Есть чёрные дыры звёздных масс, образующиеся в результате коллапса звёзд, массы которых простираются, вероятно, до 33 Солнечных масс. Минимальная же масса сверхмассивных чёрных дыр лежит в районе 105 солнечных масс (при максимальном значении — не более 5*1010 солнечных масс). Между этими значениями должны лежать чёрные дыры промежуточных масс, но такая чёрная дыра (HLX-1, обнаруженная австралийским радиотелескопом CSIRO 9 июля 2012 года) пока известна лишь в единственном экземпляре, что является аргументом в пользу различных механизмов образования лёгких и тяжёлых чёрных дыр. Некоторые астрофизические модели, однако, объясняют характерные особенности сверхъярких рентгеновских источников, как содержащих именно такие чёрные дыры (промежуточных масс).

Почему это событие важно?

Астрофизики уже давно не сомневаются в существовании чёрных дыр, но до сих пор это была лишь модель, которая очень хорошо описывала целый ряд астрофизических явлений: излучение ядер галактик, двойные рентгеновские системы и т. д. Да, без неё трудно объяснить наблюдаемые явления, но это была всё же модель. А вот теперь мы увидели чёрную дыру воочию, это наблюдаемый факт. Кроме того, впервые получено экспериментальное подтверждение вращения чёрных дыр.

Новых результатов работа EHT в целом не принесла. Многие свойства полученного изображения даже неожиданно хорошо соответствуют теоретическим представлениям. Но, с другой стороны, это даёт уверенность в правильности методов измерения и интерпретации результатов, в том числе и оценок массы чёрной дыры.

Зато в дальнейшем доработанный метод и более масштабные наблюдения, возможно, с участием космического телескопа позволят детально наблюдать процессы около чёрной дыры, которые тоже до сих пор были только моделью. Благодаря этому астрофизики смогут «разобраться» с вопросами по сильным гравитационным эффектам, ожидаемым вблизи чёрной дыры, по поведению вещества вблизи чёрной дыры, в том числе и с механизмом возникновения джетов.

Результаты наблюдений можно использовать для тестирования общей теории относительности и различных альтернативных теорий гравитации, которые предсказывают, например, разную форму «тени». Так, общая теория относительности предсказывает, что «тень» чёрной дыры будет круглой, а другие теории предполагают, что она сжата вдоль различных осей и имеет сложную форму. Но для того чтобы увидеть различия, надо получить более чёткое её изображение.

Одна из дальнейших целей EHT — понять, почему, в отличие от других галактик, сверхмассивная чёрная дыра в центре Млечного Пути сравнительно тусклый объект — её яркость всего в несколько сотен раз больше яркости Солнца.

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

Изображение: NASA

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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector