Что в центре галактики: Черная дыра в центре нашей Галактики

Галактический котел: что увидели астрономы в центре Млечного Пути

Ученые составили карту самого центра нашей Галактики. С помощью рентгеновских лучей они заглянули в области космоса, непроницаемые даже для лучших оптических телескопов, и обнаружили там следы мощных космических катаклизмов, за которыми могут стоять ранее неизвестные явления

Рентгеновское зрение

Центр Галактики оказался удивительным местом. Здесь, на расстоянии около 26 000 световых лет от Земли, угнездилась сверхмассивная черная дыра массой в 4 млн солнц. Гравитация этого монстра заставляет окружающее вещество падать на него с огромным ускорением. Потоки газа, устремляющиеся навстречу бездне, сталкиваются друг с другом и разогреваются трением. В результате черная дыра перестает быть черной: окружающее ее облако раскаленной плазмы сияет как сотня солнц.

Энергия, запасенная в этом бурлящем котле, так велика, что он извергает потоки вещества в окружающее пространство, и это несмотря на притяжение своей сверхмассивной «хозяйки». Здесь происходят грандиозные вспышки и другие бурные процессы.

Деятельность черной дыры накладывает свой отпечаток на весь центр Галактики. Мощное излучение ее вспышек мешает образовываться звездам и, возможно, регулярно уничтожает окрестные планеты. Магнитные поля пронизывают горячий межзвездный газ, заставляя его плясать под свою дудку. А по соседству, в плотных и холодных облаках водорода, вещество бурлит, хаотично двигаясь со скоростью в десятки километров в секунду.

Объекты в космосе ближе, чем они кажутся: как Земля оказалась на 2000 световых лет ближе к черной дыре

В общем, центр Млечного Пути дает астрономам шанс изучить процессы, непохожие ни на что другое в Галактике. К сожалению, сделать это непросто: сердце нашего звездного острова закрыто плотными облаками пыли и газа. Они непроницаемы даже для лучших оптических телескопов.

Однако там, где отступает свет, на помощь приходят другие излучения. Рентгеновские лучи с легкостью проходят сквозь космическую завесу. В исследовании, опубликованном Дэниэлом Ваном в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, представлена новая карта центра Млечного Пути. В ее основе данные рентгеновского телескопа Chandra, накопленные с 1999-го по 2019 год, 370 наблюдательных сеансов заняли почти 65 суток чистого времени. В результате получилась беспрецедентно подробная карта области размером 2000х1000 световых лет. Для сравнения: от Солнца до ближайшей звезды всего четыре световых года.

Инструмент запечатлел целую паутину нитей горячего газа. Эти структуры вытянуты на десятки световых лет, но их диаметр в сотни раз меньше длины. Откуда берется эта космическая ткань? Исследователи не знают точно, но теперь у них есть интересная версия.

Короткое замыкание

Ван сопоставил новую карту, полученную «Чандрой» в рентгеновских лучах, с данными радиотелескопа MeerKAT, принимающего космические радиоволны. Удивительно, но нить под названием G0.17-0.41, протянувшаяся на 20 световых лет почти перпендикулярно плоскости Галактики, оказалась на обоих изображениях.

Проанализировав сведения, собранные обоими инструментами, астроном пришел к интересному выводу. Он заключил, что G0.17-0.41 — результат магнитного пересоединения. Так называется процесс, когда две противоположно направленные линии магнитного поля встречаются и частично уничтожают друг друга. При этом запасенная в них энергия высвобождается и нагревает окружающее вещество. Это можно сравнить со взрывом или коротким замыканием.

Магнитное пересоединение хорошо знакомо специалистам по Солнцу: оно отвечает за солнечные вспышки, выбросы вещества в космос и другие капризы нашего светила. Но впервые это явление, характерное для поверхности звезд, наблюдается вблизи черной дыры и вообще в межзвездном пространстве.

Привет из зазеркалья: есть ли в космосе антизвезды

Само по себе магнитное поле в окрестности G0. 17-0.41 невелико. По расчетам Вана, оно составляет порядка 1 мГс, что в миллион раз меньше поля на поверхности бытового дугообразного магнита. Однако протяженность в десятки световых лет позволяет даже такому слабому полю накопить энергию астрономического масштаба. Выделяясь при пересоединении, она нагревает вещество до десятков миллионов градусов, что превышает температуру в центре Солнца. Неудивительно, что рентгеновское излучение такой длинной и горячей нити заметно даже с орбиты Земли.

При этом Ван полагает, что G0.17-0.41 — это только верхушка айсберга. Облако плазмы, окружающее центральную черную дыру нашей Галактики, генерирует магнитное поле, пронизывающее весь близлежащий космос. Пересоединения магнитных линий могут происходить там постоянно, в совокупности выделяя огромную энергию. Эта энергетическая подпитка может отвечать не только за образование таинственных горячих нитей, но и за другие явления, ранее не имевшие объяснения.

Миллиарды по цене миллионов: астрономы создали самую подробную карту мироздания

Так, на новой карте «Чандры» с беспрецедентной детализацией запечатлены шлейфы горячего газа, простирающиеся на 700 световых лет вверх и вниз от плоскости Галактики. Ученые все еще спорят о том, какая сила нагревает газ в этих потоках, истекающих из центра Млечного Пути. Возможно, это беспрестанные магнитные пересоединения вкупе со взрывами сверхновых.

Не исключено, что это явление работает и как природный ускоритель, придавая энергию космическим лучам — энергичным частицам, приходящим с просторов Галактики. А на больших расстояниях от черной дыры оно может «взбаламучивать» межзвездный газ, давая начало образованию звезд. Похоже, что астрономы открыли один из важных механизмов, регулирующих жизнь Галактики.

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

10 фото

Галактический центр | это… Что такое Галактический центр?

Изображение, размером 400 на 900 световых лет, составленное из нескольких фотографий телескопа «Чандра», с сотнями белых карликов, нейтронных звёзд и чёрных дыр, в облаках газа, раскалённого до миллионов градусов. Внутри яркого пятна в центре изображения находится сверхмассивная чёрная дыра галактического центра (радиоисточник Стрелец A*). Цвета на снимке соответствуют рентгеновским энергетическим диапазонам: красный (низкая), зелёный (средняя) и синий (высокая).

Галакти́ческий це́нтр — сравнительно небольшая область в центре нашей Галактики, радиус которой составляет около 1000 парсек и свойства которой резко отличаются от свойств других её частей. Образно говоря, галактический центр — это космическая «лаборатория», в которой и сейчас происходят процессы звёздообразования и в которой расположено ядро, когда-то давшее начало конденсации нашей звёздной системы.

Галактический центр находится на расстоянии 8,5 кпк от нашей Солнечной системы, в направлении созвездия Стрельца. В галактической плоскости сосредоточено большое количество межзвёздной пыли, благодаря которой свет, идущий от галактического центра, ослабляется на 30 звёздных величин, то есть в 10¹² раз. Поэтому центр невидим в оптическом диапазоне — невооружённым глазом и при помощи оптических телескопов. Галактический центр наблюдается в радиодиапазоне, а также в диапазонах инфракрасных, рентгеновских и гамма-лучей. Первое изображение ядра Галактики было получено в конце 1940-х гг. А. А. Калиняком, В. И. Красовским и В. Б. Никоновым в инфракрасном диапазоне спектра^[1][2].

Экваториальные координаты Галактического центра (эпоха J2000.0):

• Прямое восхождение : 17^ч 45^м 40.04^с
• Склонение: -29° 00′ 28.1″

Состав галактического центра

Самой крупной особенностью галактического центра является находящееся там звёздное скопление (звёздный балдж) в форме эллипсоида вращения, большая полуось которого лежит в плоскости Галактики, а малая — на её оси. Балдж (от англ. bulge — «вздутие») — внутренний, яркий сфероидальный компонент спиральных галактик. Размер его колеблется от сотен парсек до нескольких килопарсек. Балдж галактики состоит в основном из старых звёзд, движущихся по вытянутым орбитам.

Отношение полуосей равно примерно 0,4. Орбитальная скорость звёзд на расстоянии около килопарсека составляет примерно 270 км/с, а период обращения — около 24 млн лет. Исходя из этого получается, что масса центрального скопления составляет примерно 10 млрд масс Солнца. Концентрация звёзд скопления резко увеличивается к центру. Звёздная плотность изменяется примерно пропорционально R^−1,8 (R — расстояние от центра). На расстоянии около килопарсека она составляет несколько солнечных масс в кубическом парсеке, в центре — более 300 тыс. солнечных масс в кубическом парсеке (для сравнения, в окрестностях Солнца звёздная плотность составляет около 0,07 солнечных масс на кубический парсек).

От скопления отходят спиральные газовые рукава, простирающиеся на расстояние до 3 — 4,5 тыс. парсек. Рукава вращаются вокруг галактического центра и одновременно удаляются в стороны, с радиальной скоростью около 50 км/с. Кинетическая энергия движения составляет 10⁵⁵эрг.

Внутри скопления обнаружен газовый диск радиусом около 700 парсек и массой около ста миллионов масс Солнца. Внутри диска находится центральная область звёздообразования.

Галактический центр Млечного Пути в инфракрасном диапазоне.

Ближе к центру находится вращающееся и расширяющееся кольцо из молекулярного водорода, масса которого составляет около ста тысяч масс Солнца, а радиус — около 150 парсек. Скорость вращения кольца составляет 50 км/с, а скорость расширения — 140 км/с. Плоскость вращения наклонена к плоскости Галактики на 10 градусов.

По всей вероятности, радиальные движения в галактическом центре объясняются взрывом, произошедшим там около 12 млрд лет назад.

Распределение газа в кольце — неравномерное, образующее огромные газопылевые облака. Крупнейшим облаком является комплекс Стрелец B2, находящийся на расстоянии 120 пк от центра. Диаметр комплекса составляет 30 парсек, а масса — около 3 млн масс Солнца. Комплекс является крупнейшей областью звёздообразования в Галактике. В этих облаках обнаружены все виды молекулярных соединений, встречающихся в космосе.

Ещё ближе к центру находится центральное пылевое облако, радиусом около 15 парсек. В этом облаке периодически наблюдаются вспышки излучения, природа которых неизвестна, но которые свидетельствуют о происходящих там активных процессах.

Практически в самом центре находится компактный источник нетеплового излучения Стрелец A*, радиус которого составляет 0,0001 парсек, а яркостная температура — около 10 млн градусов. Радиоизлучение этого источника, по-видимому, имеет синхротронную природу. Временами наблюдаются быстрые изменения потока излучения. Нигде в другом месте Галактики подобных источников излучения не обнаружено, зато подобные источники имеются в ядрах других галактик.

С точки зрения моделей эволюции галактик, их ядра являются центрами их конденсации и начального звёздообразования. Там должны находиться самые старые звёзды. По всей видимости, в самом центре ядра Галактики находится сверхмассивная чёрная дыра массой около 3,7 миллионов масс Солнца, что показано исследованием орбит близлежащих звёзд^[3]. Излучение источника Стрелец А* вызвано аккрецией газа на чёрную дыру, радиус излучающей области (аккреционный диск, джеты) не более 45 а. е..

См. также

• en:Ring galaxy
• Стрелец А*
• Млечный путь
• Черная дыра
• en:Cartwheel Galaxy
• en:Polar-ring galaxy
• Системы небесных координат

Примечания

1. ↑ Цесевич В.П. § 80. Млечный Путь и строение Галактики // Что и как наблюдать на небе. — 4-е изд. — М.: Наука, 1973. — 384 с.
2. ↑ А. А. Калиняк, В. И. Красовский, В. Б. Никонов Наблюдение области галактического центра в инфракрасных лучах // Доклады Академии наук СССР.  — 1949. — В. 1. — Т. 66.
3. ↑ UCLA Galactic Center Group

Литература

• Физическая энциклопедия / под ред. А. М. Прохорова, ст. «Галактический центр»
• Агекян Т. А. Звезды, галактики, метагалактика.
• Каплан С. А., Пикельнер С. Б. Физика межзвездной среды. — М. — 1979
• Кардашев Н. С. Феноменологическая модель ядра Галактики // в кн. Итоги науки и техники. Серия Астрономия, т. 24. — М. — 1983.
• Melia Fulvio. The Black Hole in the Center of Our Galaxy, Princeton U Press, 2003 (англ. )
• Eckart A., Schödel R., Straubmeier C. The Black Hole at the Center of the Milky Way. — London: Imperial College Press. — 2005 (англ. )
• Melia Fulvio. The Galactic Supermassive Black Hole. — Princeton U Press, 2007 (англ. )

Ссылки

• Рентгеновская обсерватория Чандра (англ. )
• Группа по исследованию Галактического центра из Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе (англ. )
• Группа по исследованию Галактического центра из Института космической физики имени Макса Планка (англ.  )
• статья The Black Hole at the Center of the Milky Way англ. 
• статья The dark heart of the Milky Way (англ. )
• статья Dramatic Increase in Supernova Explosions Looms (англ. )
• A simulation of the stars orbiting the Milky Way’s central massive black hole (англ. )

Веб-журнал Астрономическая Картинка Дня

• Путешествие в центр Галактики
• Галактическое облако антивещества
• Sgr A*: Быстрые звезды вблизи центра Галактики
• В центре Млечного Пути
• Звездный пейзаж в центре Галактики

Видео

• Сверхмассивная Чёрная дыра (англ. Supermassive Black Hole)
• Движение звезд вокруг Галактического центра Млечного пути (англ. Star motion near Milky Way’s galactic center)
• Галактический центр: Скрытая Вселенная (англ. The Galactic Center: Hidden Universe)
• Галактический центр и Стрелец A* — (слайд-шоу из изображений, полученных в обсерватории Чандра) (англ.  Galactic Center & Sagittarius A*, Sequence of Chandra Images)
• Есть ли во Млечном пути Черные дыры? (нем. Gibt es Schwarze Löcher in der Milchstraße?) — запись телепередачи «alpha-Centauri»

Фото черной дыры в центре Млечного Пути: почему это важно

16 мая, 14:15

Мнение

12 мая 2022 года была официально подтверждена ранее высказанная теория о строении спиральной галактики Млечный Путь. Именно в этот день состоялась конференция ученых проекта Event Horizon Telescope (EHT), на которой были обнародованы изображения сверхмассивной черной дыры Стрелец А*, которая находится в самом центре нашей галактики.

История черных дыр

Еще в 1915 году из предложенной Альбертом Эйнштейном «Общей теории относительности» были выведены уравнения Эйнштейна — Гильберта, описывающие гравитационные поля. В том же году одно из точных решений этих уравнений было получено Карлом Шварцшильдом. Из него следовало, что в космическом пространстве должны существовать такие области пространства-времени, гравитационное притяжение которых настолько велико, что покинуть их не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе кванты самого света). Тогда подобные астрофизические объекты называли «сколлапсировавшие звезды» или «застывшие звезды». Но в 1967 году американский физик-теоретик Джон Арчибальд Уиллер в своей лекции «Наша Вселенная: известное и неизвестное» популяризировал название «черная дыра» применительно к таким областям. Кто именно придумал это емкое и будоражащее воображение определение, доподлинно неизвестно, но с этого времени черные дыры заняли мысли многих.

Читайте также

Получены первые снимки тени сверхмассивной черной дыры в центре Галактики

Эти области огромного гравитационного притяжения долгое время существовали исключительно как теоретические объекты, открытые лишь благодаря вычислениям и следованию общей теории относительности. Потрогать черную дыру или даже увидеть ее нет никакой возможности — кванты света не покидают черной дыры, а значит, для наблюдателя сам объект остается невидимым. Ее существование подтверждается только тем, как такие объекты воздействуют на звезды, которые находятся поблизости.

Телескоп горизонта событий

Если саму черную дыру увидеть нельзя, то есть все-таки возможность увидеть светящийся газ вокруг нее: свечение вращающегося по орбите и постепенно падающего в дыру вещества — аккреционного диска. Для этого был создан проект Event Horizon Telescope («Телескоп горизонта событий»), который представляет собой целую сеть из восьми радиотелескопов-интерферометров, объединяющих данные нескольких станций интерферометрии с очень длинной базовой линией (VLBI) по всей Земле. То есть раскиданные по разным точкам нашей планеты телескопы работают как единый гигантский виртуальный радиотелескоп с диаметром антенны, близким к диаметру Земли.

Что такое интерферометрия?

Этот метод использует интерференцию, то есть разделение пучка электромагнитного излучения или радиоволн на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из них проходит свой путь до решетки радиотелескопа, после чего создается единая интерференционная картина наблюдения. Этот метод позволяет вместо одного гигантского телескопа построить несколько меньшего размера, разместить их на расстоянии друг от друга и получить телескоп с большим угловым разрешением

Телескоп фиксирует фронт одной электромагнитной волны от источника в разные временные промежутки. Затем благодаря специальным атомным часам данные синхронизируются. Это позволяет увеличить угловое разрешение телескопов до нескольких десятков угловых микросекунд при наблюдении за одним объектом с разных точек Земли.

В астрономии при измерении плоских углов в градусных мерах используется такая единица, как угловая секунда. Она примерно соответствует углу, под которым виден футбольный мяч с расстояния около 45 км. В случае телескопа EHT мы имеем дело со стотысячными долями угловой секунды. Для наблюдения с Земли черная дыра на расстоянии тысяч световых лет имеет примерно такой же угловой размер, как и апельсин на расстоянии от Земли до Луны. Поэтому для его наблюдения и требуется такая система из нескольких интерферометров.

Читайте также

В древней галактике обнаружили несколько «зародышей» сверхмассивной черной дыры

Минус этой системы в том, что синхронизированные данные наблюдений, полученные со всех телескопов, требуется сводить вместе при помощи долгих и очень ресурсоемких компьютерных вычислений. То есть наблюдения длятся днями, а затем месяцами, а то и годами обрабатываются полученные данные.

От Мессье 87 до Стрельца А*

Первое изображение тени черной дыры было опубликовано 10 апреля 2019 года. «Моделью» стала сверхмассивная черная дыра из Мессье 87 — сверхгигантской эллиптической галактики, крупнейшей в созвездии Девы. Несмотря на большую удаленность — 53,5 млн световых лет от Земли, — Мессье 87 очень удобна для наблюдения. Это один из самых массивных объектов, известных науке, — масса этой сверхмассивной черной дыры составляет примерно 3,5 млрд масс Солнца. К настоящему времени известны лишь две сверхмассивные черные дыры с большим размером.

Полученная учеными картинка воображение не поражает — оранжевый бублик, словно снятый на некачественную камеру телефона. Однако стоит понимать, что вот этот самый «бублик» — это диск из светящегося газа, вращающийся вокруг черной дыры со скоростью около 1 000 км/с и достигающий в размерах половины светового года (к примеру, космические аппараты «Вояджер», летящие от Земли уже несколько десятков лет, пролетели меньше тысячной доли этого расстояния). Масса газа, падающего в черную дыру, достигает примерно одной массы Солнца каждые десять лет.

Возможность увидеть это при помощи гигантского виртуального интерферометра стала одним из наиболее интересных достижений в астрофизике в течение последних десятилетий. Естественно, что сразу после первого опыта ученые решили сосредоточиться на наиболее важной для Земли черной дыре, которая находится в центре нашей галактики Млечный Путь.

Астрофизики довольно давно высказывают предположение, что в центре спиральных галактик, к которым относится и Млечный Путь, должно находиться сверхмассивное небесное тело, которое служит центром масс и вокруг которого вращается галактика. Еще в прошлом веке говорилось, что таким телом может быть сверхмассивная черная дыра — именно такой вывод подсказывали уравнения Эйнштейна. Но предполагать недостаточно, необходимо было доказать это.

Черная дыра в центре нашей галактики гораздо меньше в размерах, чем в Мессье 87: она легче в тысячу раз — составляет примерно 4 млн масс Солнца. Но и расстояние до нее гораздо ближе — 27 тыс. световых лет. По заверениям астрономов, наблюдать ее гораздо сложнее, так как на пути до нее много мешающих объектов. Тем не менее 12 мая этого года было обнародовано ее изображение, подтвердившее теоретические изыскания.

Читайте также

Скованные одной цепью: что будет с МКС, если Россия уйдет

Надо сказать, что уже в 2002 году международная исследовательская группа Института Макса Планка во главе с Райнером Шёделем сообщила о наблюдениях движения звезды S2 вокруг объекта Стрелец A*. Они доказывали, что Стрелец A* — объект огромной массы, непосредственно влияющий на звезды в центре Млечного Пути, что соответствует представлениям о черных дырах. В 2008 году эти наблюдения были уточнены, дана вычисленная масса Стрельца А*. К предположению, что это черная дыра, независимо пришла и другая группа исследователей из обсерватории Кека под руководством Андреа Гез. Там подтвердили вычисления коллег. В 2020 году Андреа Гез и Райнхард Генцель получили по «четвертинке» Нобелевской премии «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей галактики».

Почему «четвертинка»? Дело в том, что в 2020 году Нобелевскую премию по физике разделили на части и вторую половину отдали Роджеру Пенроузу — британскому астрофизику, «за открытие того, что образование черных дыр с необходимостью следует из общей теории относительности».

И вот спустя два года команда ученых проекта Event Horizon Telescope смогла получить изображение этой самой сверхмассивной черной дыры, доказавшее правильность теоретических вычислений и расчетов.

Отмечу, что опасаться жителям Земли этой черной дыры не стоит. Она слишком далеко, и даже то, что она находится в центре нашей галактики, никак не влияет на жизнь землян. Тем не менее, думаю, стоит порадоваться за ученых, совместная многолетняя работа которых позволила человечеству приоткрыть еще одну завесу тайн мироздания, лучше понять окружающую нас вселенную и вновь подтвердить, что Альберт Эйнштейн был прав. 

Мнение редакции может не совпадать с мнением автора. Цитирование разрешено со ссылкой на tass. ru

Возможно ли, что звезда является центром галактики?

Мы обнаружили, что в центре большинства галактик есть сверхмассивная черная дыра. Таким образом, мы подозреваем, что само формирование галактик обычно связано с центральной черной дырой. Или человек формируется и постепенно мигрирует к центру, если он не начался там. Как-то так или иначе.

Но сама черная дыра, какой бы огромной она ни была, не способна в одиночку создать галактику. Это не положило начало галактике. Она может быть в миллионы или даже в несколько миллиардов раз больше нашего Солнца, но, например, наша галактика Млечный Путь имеет около 100-400 9В ней 0005 миллиардов звезд, разбросанных достаточно далеко, чтобы центральная черная дыра не представляла для большей ее части большого значения. Вся наша центральная черная дыра может исчезнуть почти без каких-либо изменений в галактике. Вы бы даже не заметили, если бы не искали усердно в этой конкретной области.

Итак, если вы хотите найти то, что * действительно * дало начало росту галактики и удерживает ее вместе, это не черные дыры, и даже не сверхмассивная черная дыра, или что-то еще в центре галактики. Вы должны искать ответ в другом месте, далеко в космосе……

Мы можем «взвесить» нашу и другие галактики, измерив, как они вращаются (вращаются, вращаются) в пространстве. Если представить, что вы качаете что-то на конце веревки, то чем быстрее вы это крутите, тем больше силы вам нужно приложить. Точно так же мы можем измерить, насколько сильно звезды притягиваются друг к другу, по тому, как быстро они движутся и как «вращается» галактика.

Важно отметить, что наша галактика совсем не похожа на нашу Солнечную систему , где один огромный центральный объект (Солнце) в основном удерживает все остальное на месте.

Притяжение — это галактика в целом, это не значит, что это делает какой-то центральный объект. Все в галактике притягивается ко всему остальному, будь то звезды, газовые облака, черные дыры, планеты или что-то еще. Это комбинированное притяжение, которое удерживает его вместе и позволяет ему оставаться вместе, пока он вращается.

Проблема в том, что когда вы делаете этот расчет, вы обнаруживаете, что просто недостаточно материала, чтобы скрепить галактику и заставить ее вращаться, как мы видим, поворачиваясь . Если округлить, то общая масса всех звезд, газовых облаков, планет и видимого вещества в нашей галактике примерно в 50 000 000 000 раз больше массы нашего Солнца.

Но чтобы вращаться так, полная масса должна быть примерно в раз в двадцать больше, чем .

Что-то не так. На самом деле в нашей галактике и вокруг нее скрыто около 1 000 000 000 000 масс Солнца, которые мы даже не можем увидеть. Из теоретических разработок мы можем быть уверены, что это не огромное количество крошечных облаков, невидимых звезд или черных дыр. Это какой-то новый вид материи, «темный» (невидимый) для наших обычных инструментов. Пока мы не узнаем, что это за новое вещество, мы будем называть его «Темная материя».

Мы можем многое выяснить о темной материи, не только о ее количестве, но и о том, что это может быть за вещи. Наиболее вероятным кандидатом является новый тип субатомных частиц, которые слабо реагируют на гравитацию и совсем не реагируют на большинство других сил. Поскольку он не взаимодействует с другими силами, мы не видим его непосредственно в наших инструментах. Поскольку он взаимодействует с гравитацией, он может формировать нашу галактику и приводить к формированию галактик.

Теперь мы полагаем, что эта новая «темная материя» фактически привела к формированию галактик в ранней Вселенной.

Когда материя втягивается в себя, как в звезде, она сильно нагревается, и жар мешает ей легко разрушаться. Например, как наше солнце не рушится. Загвоздка в том, что для того, чтобы немного разрушиться (или вообще), он должен реагировать на гравитацию. Чтобы сильно разрушиться, он должен быть в состоянии избавиться от всего тепла (или других форм энергии), которое это производит. Темная материя не может этого сделать, хотя , потому что она просто не взаимодействует никоим образом, что позволяет ей отводить много тепла. Так что он как бы рухнул в огромные тонкие облака и не мог двигаться дальше. Но как только образовались эти обширные тонкие облака, они притянули «обычное» вещество, которое мог коллапсировать дальше из-за потери тепла (или других форм энергии), и так зародились галактики.

Часто кажется, что центральная черная дыра также формируется, но, по сути, это темная материя, с которой все началось давным-давно.

Так как я читал, что черная дыра в центре галактики имеет гораздо меньшую массу, чем сама галактика, и что она каким-то образом удерживается вместе «Темной материей».

Оба варианта верны. Подробнее см. выше. Спросите, если что-то неясно.

, так что теперь мне интересно, возможно ли существование галактик, в центре которых находится звезда.

Это не имеет значения. Галактике не «нужно» иметь единственный объект в центре или рядом с ним. У большинства есть, и это черная дыра, но, насколько нам известно, там ничего не должно быть, а у некоторых и вовсе нет. Даже самые большие звезды крошечные и микроскопические по сравнению с галактикой.

Так что было бы совершенно неважно, если бы звезда находилась в центре, для той или иной галактики, это не имело бы никакого значения. Центральный объект, , каким бы большим ни было , не скрепляет галактику и не заставляет ее вращаться.

Вторая проблема заключается в том, что если вы хотите «звезду» в центре, то, по-видимому, вам нужна большая звезда. Большие звезды умирают очень быстро, так что галактика не пережила бы миллионы, не говоря уже о миллиардах лет существования галактики. Он исчезнет задолго до образования галактики. И даже самые большие звезды на крошечных по сравнению с известными нам сверхмассивными черными дырами.

Что находится в центре нашей галактики?

Д-р Андреа Гез посвятила большую часть своей карьеры изучению области вокруг центра Млечного Пути, включая ее сверхмассивную черную дыру. На самом деле, она помогла обнаружить это в первую очередь. Доктор Гез рассказывает об этом удивительном и динамичном регионе.

«Здравствуйте, я доктор Андреа Гез, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Я изучаю центр нашей галактики. Первоначальная цель состояла в том, чтобы выяснить, есть ли там сверхмассивная черная дыра, и при этом мы на самом деле обнаружили больше вопросов, чем ответов».

Что ты ищешь в центре галактики?

«Для нас огромная честь иметь возможность изучать центр галактики и иметь эту прекрасную лабораторию, с которой можно играть, чтобы получить представление о фундаментальной физике черных дыр, а также об их астрофизической роли в формировании и эволюции галактик. . Вы также можете спросить, какие явления вы ожидаете увидеть вокруг черной дыры, и у нас есть много предсказаний относительно наших мыслей о том, как формируются и развиваются галактики, и наши идеи предполагают, что существует обратная связь между галактикой и черной дырой. . Но многие из этих моделей предсказывают то, чего мы просто не видим, что опять-таки обеспечивает еще одну игровую площадку».

Что происходит вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики?

«Если бы вы могли сесть на космический корабль и спуститься прямо к черной дыре, это было бы очень оживленное место. Звезды будут летать вокруг, как солнце, но у вас будет очень напряженный день. Вы бы не выжили — я думаю, это была бы еще одна проблема! Вас бы разорвало. Это просто очень экстремальное место. Аналогия, которую часто проводят с центром галактики, состоит в том, что это похоже на центр города, а мы живем в пригороде, поэтому мы живем в очень спокойном месте, тогда как центр галактики — это очень экстремальное место, почти любым способом, которым вы можете описать окружающую среду».

Какие открытия?

Звезды в Галактическом Центре. Фото: Astronomy Image Gallery
«Наблюдения в центре Млечного Пути научили нас тому, что черная дыра в центре галактики — это нормально. Я имею в виду, что наша галактика совершенно обычная, садовая, в нас нет ничего особенного, поэтому, если она у нас есть, предположительно, в центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра. Мы также узнали, что идея о том, что сверхмассивная черная дыра должна быть окружена очень плотной концентрацией очень старых звезд, неверна. И это предсказание часто используется в других галактиках, чтобы найти их черные дыры, потому что мы не можем проводить те эксперименты, которые мы проводили в центре нашей собственной — вы ищете эту концентрацию света, но в нашей галактике мы вы этого не видите, так что у вас есть случай, когда сверхмассивная черная дыра абсолютно точно существует, но вы не видите эту коллекцию старых звезд. Это загадка.

«Еще одна обнаруженная нами загадка, проливающая свет на наши представления о других галактиках, заключается в том, что люди предсказывали, что молодые звезды не должны формироваться вблизи черной дыры. На самом деле, в начале 1980-х годов, когда люди узнали, что поблизости от черной дыры были обнаружены молодые звезды, это было использовано для утверждения, что, возможно, у вас не может быть черной дыры из-за этих молодых звезд. И снова у нас есть сверхмассивная черная дыра — мы это знаем, и эти молодые звезды все еще существуют, и мы даже нашли звезды еще ближе. И именно приливные силы еще больше усложняют понимание того, почему молодые звезды должны быть там. Приливные силы раздвигают газы, а для звездообразования нужны очень хрупкие шары газа и пыли, чтобы разрушиться, так что что-то не так».

Как могут сформироваться эти молодые звезды?

«Существует так много идей о том, как молодые звезды могли формироваться в центре галактики, но наибольшей поддержкой пользуется идея о том, что во время формирования этих звезд существовала гораздо более плотная концентрации газа, чем сегодня, и в этой более плотной концентрации вы можете получить коллапс этих маленьких облаков. Мы думаем, потому что, продолжая изучать орбиты этих звезд, мы увидели, что эти орбиты за пределами определенного расстояния начинают попадать в упорядоченную плоскость, как планеты, вращающиеся вокруг Солнца. Мы видим, что значительная их часть имеет общую орбитальную плоскость, и это очень напоминает Солнечную систему. Точно так же, как планеты образовались из газового диска в первые дни, та же самая идея используется для этих молодых звезд, но в совершенно другом масштабе».

Подкаст (аудио): Скачать (Продолжительность: 4:43 — 4,3 МБ)

Подписаться: Apple Podcasts |

Подкаст (видео): Скачать (79,1 МБ)

Подписаться: Подкасты Apple |

Нравится:

Нравится Загрузка…

Поздоровайтесь со Стрельцом A*, черной дырой в центре галактики Млечный Путь

12 мая 2022 года астрономы из команды Event Horizon Telescope выпустили изображение черной дыры под названием Стрелец A*, которая находится в центре галактики Млечный Путь. Крис Импи, астроном из Аризонского университета, объясняет, как команда получила это изображение и почему оно так важно.

1. Что такое Стрелец А*?

Стрелец A* находится в центре нашей галактики Млечный Путь, в направлении созвездия Стрельца. В течение десятилетий астрономы измеряли выбросы радиоволн из чрезвычайно компактного источника.

В 1980-х годах две группы астрономов начали отслеживать движение звезд вблизи этого таинственного источника радиоволн. Они видели звезды, вращающиеся вокруг темного объекта со скоростью до трети скорости света. Их движения предполагали, что в центре Млечного Пути находится черная дыра, масса которой в 4 миллиона раз превышает массу Солнца. Рейнхард Гензель и Андреа Гез позже разделили Нобелевскую премию по физике за это открытие.

Размер черной дыры определяется ее горизонтом событий — расстоянием от центра черной дыры, в пределах которого ничто не может сбежать. Ученые ранее смогли подсчитать, что Стрелец A * имеет диаметр 16 миллионов миль (26 миллионов километров).

Черная дыра Млечного Пути огромна по сравнению с черными дырами, оставшимися после гибели массивных звезд. Но астрономы считают, что в центре почти всех галактик есть сверхмассивные черные дыры. По сравнению с большинством из них Стрелец А* скуден и ничем не примечателен.

2. Что показывает новое изображение?

Невозможно получить прямое изображение черной дыры, потому что ни один свет не может вырваться из-под ее гравитации. Но можно измерить радиоволны, излучаемые газом, окружающим черную дыру.
Сотрудничество EHT, CC BY-SA

Сами по себе черные дыры абсолютно темные, поскольку ничто, даже свет, не может избежать их гравитации. Но черные дыры окружены облаками газа, и астрономы могут измерить этот газ, чтобы вывести изображения черных дыр внутри. Центральная темная область на изображении — это тень, отбрасываемая черной дырой на газ. Яркое кольцо — это сам светящийся газ. Яркие пятна на кольце показывают области более горячего газа, который однажды может упасть в черную дыру.

Часть газа, видимого на изображении, на самом деле находится позади Стрельца A*. Свет от этого газа отклоняется мощной гравитацией черной дыры к Земле. Этот эффект, называемый гравитационным линзированием, является основным предсказанием общей теории относительности.

Галактические ядра, такие как центр Млечного Пути, который виден на этой фотографии, полны газа и мусора, из-за чего очень трудно получить какие-либо прямые изображения звезд или черных дыр.
НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт, CC BY-NC

3. Что пошло на создание этого изображения?

Сверхмассивные черные дыры чрезвычайно трудно измерить. Они находятся далеко и окутаны газом и пылью, забивающей центр галактик. Они также относительно малы по сравнению с необъятностью космоса. От того места, где находится Стрелец А*, в 26 000 световых лет от центра Млечного Пути, только 1 из 10 миллиардов фотонов видимого света может достичь Земли — большая часть поглощается газом на пути. Радиоволны проходят через газ гораздо легче, чем видимый свет, поэтому астрономы измерили радиоизлучение газа, окружающего черную дыру. Оранжевые цвета на изображении представляют эти радиоволны.

Исследователи использовали восемь телескопов со всего мира, расположенных в точках пересечения белых линий, чтобы они действовали как единый массивный телескоп.
ЭСО/л. Кальсада, CC BY-ND

Команда использовала восемь радиотелескопов, разбросанных по всему миру, для сбора данных о черной дыре в течение пяти ночей в 2017 году. Каждую ночь генерировалось столько данных, что команда не могла отправить их через Интернет — им приходилось отправлять физические жесткие диски туда, где они обрабатывали данные.

Поскольку черные дыры так трудно увидеть, в данных, которые собирают телескопы, существует много неточностей. Чтобы превратить все это в точное изображение, команда использовала суперкомпьютеры для создания миллионов различных изображений, каждое из которых представляло собой математически жизнеспособную версию черной дыры, основанную на собранных данных и законах физики. Затем они смешали все эти изображения вместе, чтобы получить финальное красивое и точное изображение. Время обработки было эквивалентно работе 2000 ноутбуков на полной скорости в течение года.

4. Почему новое изображение так важно?

В 2019 году команда Event Horizon Telescope опубликовала первое изображение черной дыры — на этот раз в центре галактики M87. Черная дыра в центре этой галактики, названная M87*, представляет собой чудовище, в 2000 раз больше, чем Стрелец A*, и в 7 миллиардов раз больше массы Солнца. Но поскольку Стрелец A* находится в 2000 раз ближе к Земле, чем M87*, телескоп Event Horizon смог наблюдать обе черные дыры с одинаковым разрешением, что дало астрономам возможность узнать о Вселенной, сравнив их.

M87* слева в 2000 раз больше, чем Стрелец A* справа. Тонкие белые кружки обозначают размеры орбит планет Солнечной системы.
Сотрудничество с EHT (признание: Lia Medeiros, xkcd), CC BY-ND

Сходство двух изображений поразительно, потому что маленькие звезды и маленькие галактики выглядят и ведут себя совершенно иначе, чем большие звезды или галактики. Черные дыры — единственные существующие объекты, подчиняющиеся только одному закону природы — гравитации. И гравитации наплевать на масштаб.

Последние несколько десятилетий астрономы считали, что в центре почти каждой галактики есть массивные черные дыры. В то время как M87* — необычно огромная черная дыра, Стрелец A*, вероятно, очень похож на многие из сотен миллиардов черных дыр в центрах других галактик во Вселенной.