НОВОСТИ КОСМОСА И АСТРОНОМИИ

Ученые решили переписать учебники астрономии: «не пончики, а фонтаны»

Основываясь на компьютерном моделировании и новых наблюдениях Большого миллиметрового/субмиллиметрового массива телескопов Atacama (ALMA), исследователи обнаружили, что кольца газа, окружающие активные сверхмассивные черные дыры, не такие уж на самом деле и кольца в форме «пончиков». Оказалось, что газ, вытесненный из центра, взаимодействует с нагнетающим газом и создает динамический характер циркуляции, подобный водному фонтану в городском парке.

Большинство галактик вмещают в свои центры сверхмассивную черную дыру, в миллионы или миллиарды раз больше, чем Солнце. Некоторые из этих черных дыр довольно активно поглощают материал. Но астрономы полагали, что вместо того, чтобы попасть прямо в черную дыру, вещество вместо этого накапливается вокруг активной черной дыры, образующей структуру кольца.

Такума Идзуми, научный сотрудник Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ), возглавил команду астрономов, которая использовала ALMA для наблюдения сверхмассивной черной дыры в Галактике Circinus, расположенной на расстоянии 14 миллионов световых лет от Земли в направлении созвездия Циркуль. Затем команда сравнила свои наблюдения с компьютерным моделированием газа, падающего в сторону черной дыры, с помощью супер-компьютера Cray XC30 ATERUI, управляемого NAOJ. Это сравнение показало, что предполагаемое кольцо на самом деле не является жесткой структурой, а представляет по факту сложный набор динамичных газообразных компонентов. Выяснилось, что холодный молекулярный газ, падающий к черной дыре, образует диск вблизи плоскости вращения. Когда он приближается к черной дыре, этот газ нагревается до тех пор, пока молекулы не разлагаются на атомы и ионы компонентов. Некоторые из этих атомов затем вытесняются выше и ниже диска, а не поглощаются черной дырой. Этот горячий атомный газ падает на диск, создавая турбулентную трехмерную структуру. Эти три компонента циркулируют непрерывно, подобно водному фонтану в городском парке.

«Предыдущие теоретические модели указывали на плотную структуру этих колец», — объясняет теоретик Kayichi Wada из Университета Кагошимы в Японии, который возглавил работу над моделью и является членом исследовательской группы. «Вместо того, чтобы исходить из предположений, наша симуляция началась с физических уравнений и впервые показала, что газовая циркуляция образует «пончик» естественным образом. Наше симуляция также может объяснить различные наблюдательные особенности системы».

«Изучив движение и распределение как холодного молекулярного газа, так и теплого атомного газа с помощью ALMA, мы продемонстрировали происхождение так называемой« донной »структуры вокруг активных черных дыр», — сказал Идзуми. «Основываясь на этом открытии, нам нужно переписать учебники астрономии».

нравится(0)не нравится(0)

NASA показало как черная дыра поглощает материал

Астрономы считают, что параллельные джеты являются одним из самых убедительных доказательств того, что сверхмассивная черная дыра скрывается в сердце большинства галактик. Некоторые из этих черных дыр выглядят активными, так как поглощают материал из своего окружения и выбрасывают джеты на сверхвысоких скоростях, другие же, наоборот, находятся в состоянии покоя или даже «сна».

Недавние наблюдения SOFIA — Стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии, проливают свет на этот вопрос. Данные SOFIA показывают, что магнитные поля захватывают и удерживают пыль вблизи центра активной галактики Cygnus A и подают материал на сверхмассивную черную дыру в ее центре. Иллюстрация процесса, основанная на данных телескопа, представлена на официальном сайте NASA.

Концепция художника, изобразившего этот процесс, заключается в том, что у ядря Cygnus A присутствует обильное окружение из космической пыли, также называемое тором, а также джеты исходящие из центра ядра. Магнитные поля также показаны на этом изображении, именно они заключают пыль в тор. Именно эти магнитные поля помогают черной дыре, скрытой в ядре галактики, удерживать пыль в пределах тора и подгонять ее к черной дыре для последующего поглощения.

нравится(13)не нравится(6)

Астрономы заметили аномалии при наблюдении черной дыры одновременно с нескольких телескопов

Стрелец A * (Sgr A *), сверхмассивная черная дыра (SMBH) в центре нашей Галактики Млечный Путь, в 100 раз ближе к нам, чем любая другая, в связи с чем является главным кандидатом для изучения материала, поглощаемого черной дырой. Астрономы наблюдают SgrA * уже на протяжении десятилетий, а быстрые флуктуации, возникающие при рентгеновском излучении до ближней инфракрасной области (промежуточная пыль уменьшает оптические световые сигналы более чем на триллион), а также на субмиллиметровых и радиоволнах.

Моделирование механизмов изменчивости света является прямым вызовом нашему пониманию аккреции на SMBHs, но считается, что корреляции между факельными фазами на разных длинах волн могут выявлять информацию о пространственной структуре, например, если более горячий материал расположен в более близкой к черной дыре зоне. Одним из главных препятствий для прогресса является нехватка единовременных наблюдений на разных длина волн.

Астрономы CfA Джованни Фацио, Джо Хора, Стив Уиллнер, Мэтт Эшби, Марк Гурвелл и Говард Смит и команда их коллег провели сразу серию таких наблюдений на разных длинах волн, в которые вошли данные с камеры IRAC на космическом телескопе «Спитцер», с рентгеновской обсерватории «Чандра», а также с наземного телескопа «Кек» и массива субмиллиметровых телескопов. «Спитцер» смог непрерывно контролировать флуктуации черной дыры в течение 23.4 часов в течение каждой сессии, что невозможно сделать на базе наземной обсерватории.

Вычислительное моделирование эмиссии в окрестностях черной дыры — это сложное мероприятие, которое, помимо прочего, требует моделирования того, каким образом материал накапливается, как он нагревается и излучается, и (поскольку все это происходит близко к возможно вращающейся черной дыре), каким образом общая теория относительности прогнозирует излучение в той или иной области. Теоретики подозревают, что излучение с более короткой длиной волны возникает ближе, а более холодное излучение дальше, а первое — сначала, а второе — позднее. Таким образом, временная задержка может отражать расстояние между этими зонами и, а предыдущие наблюдения этих же астрономов позволили обнаружить доказательства того, что горячее инфракрасное излучение на короткой волне предшествовало субмиллиметровым вспышкам, наблюдаемым с помощью SMA.

В своей новой статье ученые сообщают о двух вспышках, которые, по-видимому, нарушают эти и другие предыдущие закономерности: первое событие произошло одновременно на всех длинах волн; во втором случае рентгеновские, ближне-инфракрасные и субмиллиметровые вспышки включаются в течение одного часа друг от друга, но не совсем одновременно, но все же неожиданно прерываются. Новые наблюдения будут продолжены в ходе будущих таких же единовременных кампаний и помогут теоретикам усовершенствовать их еще довольно спекулятивный набор вариантов.

нравится(7)не нравится(3)

Сверхмассивные черные дыры питаются космическими «медузами»

Команда астрономов, возглавляемая итальянскими учеными, использовала инструмент MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) на Очень Большом Телескопе (VLT) обсерватории ESO в Чили, чтобы изучить, как газ можно удалить из галактик.

Они были сосредоточены на экстремальных примерах галактик — «медуз» в соседних скоплениях галактик, названных в честь замечательных длинных «щупалец», чей галактический материал простираются на десятки тысяч световых лет за пределы их галактических дисков.

Щупальца галактических медуз создаются в галактических кластерах с помощью процесса, называемого разгерметизацией давления. Их взаимное гравитационное притяжение заставляет галактики стремиться с большой скоростью в галактические кластеры, где они сталкиваются с горячим, плотным газом, который действует как мощный ветер, вытесняя хвосты газа из диска галактики и вызывая звездообразования внутри нее.

Было обнаружено, что шесть из семи галактик — медуз в исследовании, имеют в центре активную сверхмассивную черную дыру, питающуюся окружающим газом. Эта доля неожиданно высока — вообще среди галактик доля меньше, чем одна десятая.

«Эта прочная связь между давлением и активными черными дырами не была предсказана и никогда ранее не сообщалась», — сказал руководитель команды Бьянка Погьянти из INAF-Астрономической обсерватории Падуи в Италии. «Кажется, что центральная черная дыра кормится, потому что часть газа, а не удаляется, а достигает центра галактики».

Многолетний вопрос заключается в том, что активна лишь небольшая часть сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Сверхмассивные черные дыры присутствуют почти во всех галактиках, так почему же только несколько из них поглощают материю и ярко светят? Эти результаты показывает ранее неизвестный механизм, с помощью которого можно объяснить как «питаются» черные дыры.

Яра Яффе, сотрудник ESO, который внес свой вклад в работу, объясняет значимость:

«Эти наблюдения в MUSE предполагают новый механизм для направления газа в окрестности черной дыры. Этот результат важен, потому что он обеспечивает новую деталь в головоломке плохо понятных связей между сверхмассивными черными дырами и их галактиками-хозяевами».

Текущие наблюдения являются частью гораздо более обширного изучения многих других галактик — медуз, которое в настоящее время ведутся.

«Это исследование, когда оно будет завершено, покажет, сколько, и какие газообразные галактики, входящие в кластеры, проходят через период повышенной активности в своих ядрах», — заключает Погьянти. «Многолетняя загадка астрономии заключалась в том, чтобы понять, как формируются и изменяются галактики в нашей расширяющейся и эволюционирующей Вселенной. Галактики — медузы являются ключом к пониманию эволюции галактик, поскольку они являются галактиками, пойманными в середине драматической трансформации».

нравится(3)не нравится(0)

Источники: https://phys.org

Сверхмассивные черные дыры — как и когда они появились?

Вот уже много лет астрофизиков мучает вопрос: как и когда появились сверхмассивные черные дыры и с чем связан их рост в период формирования Вселенной? Новые исследования, проведенные с использованием рентгеновской обсерватории NASA Chandra и Sloan Digital Sky Survey (SDSS) показывают, что ответ на этот вопрос заключается в прерывистой специфике гигантских черных дыр, которые, как оказалось, могли уже поглощать материал в первые миллиарды лет после Большого взрыва.

Астрономы определили, что Большой взрыв произошел около 13,8 миллиардов лет назад и, с помощью SDSS, обнаружили доказательства, что сверхмассивные черные дыры с массой примерно в миллиард раз больше, чем Солнце, существовали уже примерно 12,8 миллиарда лет назад. Это означает, что сверхмассивные черные дыры уже быстро росли в первые миллиарды лет после Большого взрыва. Однако отыскать признаки такого роста оказалось очень не просто.

«Супермассивные черные дыры не могли появиться спонтанно — им нужно поглощать огромное количество материала и это требует времени», — сообщил ведущий автор Эддидж Пецзулли, студент Итальянского PhD, член проекта «FIRST», финансируемого Европейским исследовательским советом. «Теперь, не имея доказательств данного роста, мы пытаемся выяснить каким же образом это произошло».

Считается, что когда материал падает к черной дыре, он нагревается и производит большое количество электромагнитного излучения, включая обильное рентгеновское излучение. Ученые предположили, что быстрорастущие черные дыры в период ранней Вселенной могут быть обнаружены обсерваторией Chandra. Тем не менее, обнаружение этих растущих сверхмассивных черных дыр оказалось совсем не простым делом — удалось найти всего лишь несколько подходящих кандидатов.

Чтобы решить эту проблему, Пеззулли и ее коллеги изучили различные теоретические модели и протестировали их сверяя с оптическими данными SDSS и рентгеновскими данными «Чандры». Результаты показали, что черная дыра, поглощающая в материал в этот период, может внезапно развиваться и расти в течение достаточно коротких периодов времени.

«В нашей модели только около трети черных дыр активно поглощали материал и росли 13 миллиардов лет назад», — сказала соавтор исследования Роза Валиант из Национального института астрофизики (INAF) в Италии и член команды FIRST. «Около 200 миллионов лет назад только 3% черных дыр активно поглощали материал».

Исследователи пришли к своим выводам сразу после тестирования нескольких гипотез, все из которых предполагали, что рост черной дыры может превышать так называемый предел Эддингтона, где внешнее давление излучения горячего газа уравновешивает внутреннее притяжение тяжести черной дыры.

В итоге, результаты говорят о том, что только небольшая часть галактик в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва содержала сверхмассивные черные дыры. Кроме того, несмотря на то, что эти ранние черные дыры были, по всей видимости, затенены толстыми облаками материала, авторы обнаружили, что большинство рентгеновских лучей смогли бы проникнуть сквозь в эти облака. Данное исследование основано на идее, что в период зарождения первые черные дыры весили всего около сотни солнц. Предполагается, что эти «семена» черных дыр могли быть остатками первого поколения массивных звезд, образованных всего лишь через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

нравится(8)не нравится(1)

Популярные статьи

Популярные блоги