Гравитация и Черные Дыры

Считается, что микроквазары возникают в двойных звездных системах, составленных из относительно большой и короткоживущей звезды и ее меньшего компаньона. Когда большая звезда исчерпывает запасы ядерного горючего, на ее месте возникает черная дыра, начинающая "воровать" материю у своего соседа. Часть этой материи выбрасывается в виде раскаленной струи газа, движущейся с околосветовой скоростью. На настоящий момент ученые нашли только четыре микроквазара в нашей Галактике, и ни одного — за ее пределами.

В июне 2015 года, как пишут Томас Зигерт (Thomas Siegert) из Института внеземной физики в Гархинге (Германия) и его коллеги, внезапно пробудился один из самых известных микроквазаров – система V404 в созвездии Лебедя, находившаяся в "спячке" до этого момента на протяжении более 26 лет.

Данный объект, расположенный в примерно 6 тысячах световых лет от Земли, был открыт в 30 годах прошлого века, и с тех пор он пережил три мощных вспышки, позволивших астрономам подробно изучить его структуру. Он представляет собой пару из обычной звезды с массой примерно в 0,7 Солнца и черной дыры, которая примерно в девять раз тяжелее нашего светила.

Начиная с 15 июня, яркость этого микроквазара выросла до такой степени, что она превысила яркость Крабовидной туманности, самого яркого объекта на ночном небе в рентгеновском диапазоне, в 40 раз. Вспышка продолжалась примерно 11 дней, что позволило ученым подробно изучить квазар при помощи орбитальных рентгеновских телескопов Swift и INTEGRAL.

Одной из главных загадок V404 и других микроквазаров, рассказывает Зигерт, является то, как они вырабатывают эти мощные вспышки излучения, и то, как они разгоняют "выплевываемую" ими материю до околосветовых скоростей.

Как объясняют ученые, за последние годы их коллеги открыли несколько разных механизмов разгона материи и формирования излучения энергии, каждый из которых оставляет свой характерный след в спектре рентгеновской и гамма-вспышки, порождаемой квазарами и прочими компактными объектами. Зигерт и его коллеги надеялись найти их, анализируя то, как много энергии было выделено во время вспышки на V404 в разных частях спектра.

Анализ спектра июньской вспышки раскрыл необычный пик в силе рентгеновского излучения, который приходился на волны с длиной в 2,42 пикометра (10 в минус 12 степени метра), что "выдало" ученым один из источников этого излучения – облако из экзотической электрон-позитронной плазмы, рожденное в результате столкновения гамма-лучей высокой энергии между собой.

Как отмечают ученые, во время вспышки каждую секунду в окрестностях V404 рождалось 10 в 42 степени позитронов, лишь часть из которых сталкивалась с электронами и порождала те рентгеновские волны, которые видели Swift и INTEGRAL.

Значительная часть частиц антиматерии, по словам Зигерта, должна была быть выброшена в открытый космос вместе с "выплевываемой" материей, где эти облака позитрон-электронной плазмы должны были постепенно распадаться, порождая характерные всплески гамма-излучения, ассоциируемые с взаимной аннигиляцией позитронов и электронов.

Подобные микроквазары, как считают авторы статьи, могут быть источником загадочных позитронов и связанного с ними рассеянного рентгеновского излучения, исходящего из центра нашей Галактики, объяснить которое ученые до сих пор не могли. По всей видимости, система V404 и ее "кузены" являются фабриками антиматерии, которые снабжают Галактику дефицитными позитронами. Если это действительно так, то тогда в центре Млечного Пути должно обитать от одной до 10 тысяч микроквазаров, заключают ученые.

"Найти гигантскую черную дыру в массивной галактике в "густонаселенном" пространстве вполне ожидаемо, это все равно что увидеть небоскребы на Манхеттене, но гораздо менее вероятно обнаружить их в маленьких городках", — рассказала ведущий исследователь из университета Беркли в Калифорнии Чунпэй Ма.

В результате проведенного анализа ученые также убедились, что эта черная дыра в 10 раз массивнее, чем они предполагали в своих расчетах, основанных на размере галактики, в которой она расположена. "Оказалось, что такая корреляция (зависимость размера черной дыры от размера галактики – ред.) не очень работает для сверхмассивных черных дыр", — сказала ученый.

Ученые предполагают, что гигантская черная дыра образовалась в результате слияния двух черных дыр в ходе взаимодействия и слияния галактик. Ее дальнейший рост происходил за счет поглощения газа, образуемого в результате столкновения галактик.

До настоящего времени подобные сверхмассивные черные дыры (около 10 миллиардов масс Солнца) удавалось обнаружить лишь в центре очень крупных галактик, расположенных в "густонаселенных" галактиками районах вселенной. По оценке НАСА, открытие "может свидетельствовать о том, что подобные громадные объекты во вселенной не так редки, как представлялось ранее". Результаты исследования, основанного на данных, полученных с помощью космического телескопа "Хаббл" и обсерватории Джемини, будут опубликованы в журнале Nature.

Международная группа исследователей заинтересовалась сериями так называемых быстрых радиоимпульсов (fast radio bursts), которые астрономы обнаружили в феврале при помощи телескопа Parkes в Австралии. Зафиксированные телескопом импульсы получили название FRB 150418.

Быстрые радиоимпульсы, которые также называют импульсами Лоримера, длятся всего несколько миллисекунд. Их мощность сравнима с мощностью выбросов солнечной энергии на протяжении десятков тысяч лет. Как они появляются, ученые не знают. До сих пор наиболее возможной причиной зарождения таких импульсов считали появление новых звезд.

Ученым удалось установить, что сигналы FRB 150418 исходят из древней галактики, расположенной в шести миллиардах световых лет от нас.

Однако сюрпризом стало то, что в этой галактике не идет активный процесс звездообразования.

Астрономы выяснили, что источником импульсов является не звезда, а сверхмассивная черная дыра. Исследователи пришли к выводу, что она, втягивая в себя окружающее пространство, накапливает огромное количество энергии. Накопленная энергия вырывается из дыры в виде коротких мощных импульсов.

Так как источником сигналов оказалась не звезда, а черная дыра, в научной среде возник спор о том, можно ли вообще считать их быстрыми радиоимпульсами.

На сегодняшний день быстрые радиоимпульсы изучены мало. Исследовательская группа считает, что ее работа поможет узнать об этих импульсах больше.

Ранее НАСА сообщило, что обнаружило сверхмассивную черную дыру, масса которой в 17 миллиардов раз превышает массу Солнца, в "малонаселенной” части вселенной в 200 миллионах световых лет от Земли.