Расстояние до ближайшей черной дыры: Сколько лет самой ближайшей чёрной дыры |

Содержание

«Хаббл» определил массу чёрной дыры, блуждающей по Млечному Пути / Хабр

После шести лет тщательных наблюдений космический телескоп НАСА «Хаббл» впервые предоставил прямые доказательства существования изолированной чёрной дыры, дрейфующей в межзвездном пространстве, путем точного измерения массы объекта. До сих пор все массы чёрных дыр определялись статистически или посредством взаимодействий в двойных системах или в ядрах галактик.

Недавно обнаруженная блуждающая чёрная дыра находится примерно в 5000 световых лет от нас, в спиральном рукаве Киля-Стрельца нашей галактики. Её открытие позволяет астрономам оценить, что ближайшая к Земле изолированная чёрная дыра звездной массы может находиться на расстоянии 80 световых лет от Земли.

Ближайшая к нашей Солнечной системе звезда, Проксима Центавра, находится на расстоянии немногим более 4 световых лет. Чёрные дыры, блуждающие по нашей галактике, рождаются из редких звезд (менее одной тысячной общего состава галактики), которые имеют размер не менее 20 раз массивнее нашего Солнца. Эти звезды взрываются как сверхновые, а остатки ядра под действием гравитации сдавливаются в чёрную дыру. Поскольку самодетонация не является идеально симметричной, чёрная дыра может получить толчок и полететь через нашу галактику, как взорвавшееся пушечное ядро.

Телескопы не могут сфотографировать такие объекты, потому что они не излучают никакого света. Однако чёрная дыра искажает пространство, которое затем отражает и усиливает звёздный свет.

Наземные телескопы, которые отслеживают яркость миллионов звезд в направлении центральной выпуклости нашего Млечного Пути, фиксируют внезапное увеличение яркости одной из них, когда массивный объект проходит между Землёй и звездой.

Две группы астрономов использовали данные «Хаббла» в своих исследованиях: одну возглавлял Кайлаш Саху из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд; а другую — Кейси Лэм из Калифорнийского университета в Беркли. Результаты команд немного различаются, но обе предполагают наличие некоего объекта.

Деформация пространства из-за гравитации объекта переднего плана, проходящего перед звездой, находящейся далеко позади него, на мгновение изгибает и усиливает свет фоновой звезды. Астрономы используют явление, называемое гравитационным микролинзированием, для изучения звезд и экзопланет в примерно 30 000 событий, наблюдаемых до сих пор внутри нашей галактики.

След чёрной дыры на переднем плане выделяется как уникальный среди других событий микролинзирования. Очень сильная гравитация чёрной дыры растянет продолжительность события линзирования более чем на 200 дней. Кроме того, если бы промежуточный объект был звездой переднего плана, это вызвало бы временное изменение цвета звездного света, измеренное, потому что свет от звезд переднего и заднего плана на мгновение смешался бы вместе. Но в случае с этой чёрной дырой не было замечено никакого изменения цвета.

«Хаббл» использовали для измерения величины отклонения изображения фоновой звезды чёрной дырой. Изображение звезды было смещено от обычного положения примерно на миллисекунду дуги. Это эквивалентно измерению диаметра 25-центовой монеты в Лос-Анджелесе, если смотреть из Нью-Йорка.

Этот метод астрометрического микролинзирования предоставил информацию о массе, расстоянии и скорости чёрной дыры. Величина отклонения из-за интенсивного искривления пространства чёрной дырой позволила команде Саху оценить, что она весит семь солнечных масс.

Команда Лэма сообщает о несколько более низком диапазоне масс, а это означает, что объект может быть либо нейтронной звездой, либо чёрной дырой. По оценкам астрономов, масса невидимого компактного объекта в 1,6–4,4 раза больше массы Солнца. В верхней части этого диапазона объект будет чёрной дырой; в нижней части это будет нейтронная звезда.

«Как бы нам ни хотелось сказать, что это определенно чёрная дыра, мы должны сообщить обо всех возможных решениях. Сюда входят как чёрные дыры с меньшей массой, так и, возможно, даже нейтронная звезда», — сказала Джессика Лу из команды Беркли.

«Что бы это ни было, этот объект — первый обнаруженный остаток тёмной звезды, блуждающий по галактике без сопровождения другой звезды», — добавил Лэм.

По оценкам команды Саху, изолированная чёрная дыра движется по галактике со скоростью 160 000 километров в час (этой скорости достаточно, чтобы совершить путешествие с Земли на Луну менее чем за три часа). Она перемещается быстрее, чем большинство соседних звезд в этой области нашей галактики.

Когда чёрная дыра прошла перед фоновой звездой, расположенной в галактической выпуклости на расстоянии 19 000 световых лет, свет звезды, идущий к Земле, усиливался в течение 270 дней. Однако потребовалось несколько лет наблюдений, чтобы проследить, как положение звезды на заднем плане менялось из-за отклонения света чёрной дырой на переднем плане.

О существовании чёрных дыр звездной массы было известно с начала 1970-х годов, но все измерения их массы — до сих пор — проводились в двойных звездных системах. Газ от звезды-компаньона попадает в чёрную дыру и нагревается до таких высоких температур, что испускает рентгеновские лучи. Массы около двух десятков чёрных дыр были измерены в рентгеновских двойных системах благодаря их гравитационному воздействию на своих компаньонов. Оценки массы колеблются от 5 до 20 солнечных масс. Чёрные дыры, обнаруженные в других галактиках гравитационными волнами от их слияний с объектами-компаньонами, имеют массу до 90 масс Солнца.

«Обнаружение изолированных чёрных дыр даст новое представление о популяции этих объектов в нашем Млечном Пути», — сказал Саху.

Пока астрономы получили лишь первое свидетельство того, что существуют одинокие чёрные дыры, блуждающие по нашей галактике. В теории их количество может доходить до 100 млн.

Ранее «Хаббл» сделал крупнейшее изображение в ближнем инфракрасном диапазоне, которое может помочь найти самые редкие галактики во Вселенной. Международная группа учёных уже нанесла на карту области звездообразования во Вселенной и пытается узнать, как возникли самые ранние и самые далекие галактики.

ученые выяснили, что же это за объект

То, что астрономы считали черной дырой на расстоянии примерно 1120 световых лет от Земли оказалось «звездным вампиром».

История объекта HR 6819

Еще в 1980 годах астрономы обнаружили объект, который назвали HR 6819. Это оказалась Ве-звезда, очень горячая звезда с очень большой скоростью вращения, которая имеет примерно 6 масс Солнца.

В 2009 году ученые обнаружили, что вокруг этой звезды вращается карликовая звезда спектрального класса B (это невероятно яркие звезды), которая имеет примерно от 0,4 до 0,8 масс Солнца.

В 2020 году астрономы из Европейской южной обсерватории заявили, что в этой системе присутствует третий объект и это черная дыра, которую пока невозможно увидеть. Согласно их заявлению – это самая близкая к Земле черная дыра.

Чтобы иметь представление о Ве-звездах, существует иллюстративное изображение звезды Ахернар, которая сжатая из-за быстрого вращения. Она находится на расстоянии 139 световых лет от нас в созвездии Эридана

Фото: wikipedia

Новое исследование

Но другие ученые из разных стран мира поставили под сомнение эту гипотезу и начались дополнительные исследования. Если там есть черная дыра, то расстояние между двумя звездами должно быть большим. Если же дыра отсутствует, то расстояние между звездами будет наоборот очень маленьким.

«Мы использовали Очень Большой телескоп, чтобы проверить эту гипотезу и пришли к очень интересным выводам», — говорит Эбигейл Фрост, астрофизик из Католического университета Левена в Бельгии.

Новое исследование подтвердило, что звезды в системе HR 6819 находятся близко друг к другу и на них ничего не влияет. Это значит, что никакой черной дыры там нет.

Космический вампиризм

Но ученым удалось обнаружить то, как именно взаимодействуют звезды между собой. Более массивная звезда как космический вампир «высосала» атмосферу из своего компаньона. И это произошло недавно по космическим меркам.

«Нам удалось зафиксировать такую стадию взаимодействия звезд, которую очень сложно «поймать», ведь все происходит достаточно быстро», — говорит Фрост.

По словам ученых, исследование HR 6819 предоставляет новую информацию об эволюции массивных звезд.

Напоминаем, что астрономы до сих пор не могут разобраться, что же именно происходит с черной дырой в центре нашей галактики Млечный Путь. Она ведет себя очень необычно и непредсказуемо.

Как уже писал Фокус, астрономам удалось обнаружить самую маленькую черную дыру, которая в 200 тысяч раз тяжелее нашего Солнца.

Насколько близко к Земле находится ближайшая черная дыра?

По всей Вселенной массивные звезды коллапсируют и умирают.

Анатомия очень массивной звезды на протяжении всей ее жизни, кульминацией которой является сверхновая типа II, когда в ядре заканчивается ядерное топливо. Заключительный этап синтеза обычно представляет собой сжигание кремния, при котором железо и железоподобные элементы в ядре образуются лишь на короткое время, прежде чем произойдет вспышка сверхновой. Если ядро этой звезды достаточно массивное, при коллапсе ядра образуется черная дыра.

(Фото: Николь Рагер Фуллер/NSF)

В результате коллапса ядра сверхновых образуются нейтронные звезды и черные дыры.

На фотографиях в видимом и ближнем ИК-диапазоне, сделанных Хабблом, видна массивная звезда, примерно в 25 раз превышающая массу Солнца, которая прекратила свое существование без сверхновой или какого-либо другого объяснения. Прямой коллапс — единственное разумное возможное объяснение и один из известных способов, помимо слияния сверхновых или нейтронных звезд, впервые сформировать черную дыру.

(Источник: NASA/ESA/C. Kochanek (OSU))

Звезды и газ напрямую коллапсируют, образуя черные дыры.

Этот фрагмент моделирования на суперкомпьютере показывает чуть более миллиона лет космической эволюции между двумя сходящимися холодными потоками газа. За этот короткий промежуток времени, немногим более 100 миллионов лет после Большого Взрыва, сгустки материи вырастают, чтобы обладать отдельными звездами, каждая из которых имеет десятки тысяч солнечных масс в самых плотных областях. Это может дать необходимые семена для самых ранних и самых массивных черных дыр во Вселенной, а также самые ранние семена для роста галактических структур.

(Источник: М. А. Латиф и др., Nature, 2022)

Наконец, слияния нейтронных звезд также создают черные дыры.

При столкновении двух нейтронных звезд, если их общая масса достаточно велика, это приведет не только к взрыву килоновой и повсеместному образованию тяжелых элементов, но и к образованию новой черной дыры в результате слияния остаток. Гравитационные волны и гамма-лучи от слияния кажутся движущимися с неразличимыми скоростями: со скоростью всех безмассовых частиц.

(Источник: Робин Динел/Научный институт Карнеги)

Эти черные дыры бродят по Вселенной, пожирая любую материю, контактирующую с их горизонтами событий.

14 сентября 2013 года астрономы зафиксировали крупнейшую из когда-либо зарегистрированных рентгеновских вспышек сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, известной как Стрелец A*. В рентгеновских лучах горизонт событий при этих разрешениях не виден; «свет» чисто дискообразный. Однако мы можем быть уверены, что только материя, остающаяся за горизонтом событий, излучает свет; вещество, проходящее внутри него, добавляется к массе черной дыры, неизбежно попадая в центральную сингулярность черной дыры.

(Фото: NASA/CXC/Amherst College/D.Haggard et al.)

Вдохновляющие сливающиеся объекты излучают гравитационные волны, что позволяет обнаруживать черные дыры на Земле.

Математическое моделирование искривления пространства-времени вблизи двух сливающихся черных дыр. Цветные полосы — это пики и впадины гравитационных волн, причем цвета становятся ярче по мере увеличения амплитуды волны. Самые сильные волны, несущие наибольшее количество энергии, приходят непосредственно перед и во время самого события слияния. От вдохновляющих нейтронных звезд до сверхмассивных черных дыр сигналы, которые мы должны ожидать от Вселенной, должны охватывать более 923 Солнца.

(Фото: SXS Collaboration)

Мы также обнаруживаем рентгеновские лучи, испускаемые черными дырами, питающимися бинарными компаньонами.

Когда массивная звезда вращается вокруг звездного трупа, такого как нейтронная звезда или черная дыра, остаток может аккрецировать вещество, нагревая и ускоряя его, что приводит к излучению рентгеновских лучей. Эти рентгеновские двойные системы были тем, как были обнаружены все черные дыры звездной массы до появления гравитационно-волновой астрономии, и до сих пор обнаруживаются большинство известных черных дыр Млечного Пути.

(Фото: ESO/L. Calçada/M.Kornmesser)

Эти рентгеновские двойные системы традиционно выявляли ближайшие черные дыры: удаленные на несколько тысяч световых лет.

Самый актуальный график на ноябрь 2021 года из всех черных дыр и нейтронных звезд, наблюдаемых как электромагнитно, так и через гравитационные волны. В то время как они включают объекты в диапазоне от чуть более 1 солнечной массы для самых легких нейтронных звезд до объектов чуть более 100 солнечных масс для черных дыр после слияния, гравитационно-волновая астрономия в настоящее время чувствительна только к очень узкому набору объектов. . Все ближайшие черные дыры были обнаружены в виде рентгеновских двойных систем до открытия Gaia Bh2 в ноябре 2022 года.

(Источник: LIGO-Virgo-KAGRA / Аарон Геллер / Northwestern)

Тем не менее, есть два других метода: микролинзирование и двойные звезды-черные дыры с обособленными орбитами.

Если бы черная дыра столкнулась с Землей, мы бы не получили никакого предупреждения от самой черной дыры, но она искажала бы и искажала свет от фоновых объектов, раскрывая свое присутствие. Тот факт, что масса искривляет пространство-время, независимо от того, какой тип света она испускает, является ключом к поиску черных дыр, которые могут скрываться в соседней Вселенной.

(Источник: Университет штата Огайо)

Микролинзирование возникает всякий раз, когда между светящимся объектом и нами встает масса.

Когда происходит гравитационное микролинзирование, фоновый свет от звезды искажается и увеличивается, когда промежуточная масса перемещается поперек или вблизи линии обзора звезды. Эффект промежуточной гравитации искривляет пространство между светом и нашими глазами, создавая особый сигнал, который показывает массу и скорость рассматриваемого промежуточного объекта. Все массы способны преломлять свет посредством гравитационного линзирования, от маломассивных планет до массивных черных дыр.

(Источник: Ян Сковрон/Астрономическая обсерватория, Варшавский университет)

Характерный рисунок яркости показывает массу и другие свойства нарушителя.

Показанные здесь релятивистские эффекты искривления света вызваны сильным эффектом гравитационного линзирования черной дыры на переднем плане. Здесь показаны как фон Млечного Пути, так и звезда в линзе. Этот метод позволил бы выявить как линзированную звезду на отдельной двойной орбите с черной дырой, так и черную дыру, пересекающую ее, которая вызвала событие микролинзирования.

(Источник: Т. Мюллер (MPIA), PanSTARRS DR1 (К. С. Чемберс и др., 2016 г.), ESA/Gaia/DPAC (CC BY-SA 3.0 IGO))

Между тем, черные дыры, вращающиеся вокруг обычных звезд, будут влиять на наблюдаемое движение звезды. и положение.

Отслеживая красное и синее смещения звезды во времени, можно определить массу спутника-кандидата.

Идея метода лучевых скоростей заключается в том, что если у звезды есть невидимый массивный спутник, будь то экзопланета или черная дыра, наблюдение за ее движением и положением во времени, если возможно, должно выявить спутник и его свойства. Это остается верным, даже если от самого компаньона не исходит никакого заметного света.

(Источник: Э. Пеконталь)

Наблюдение за изменением его положения с течением времени должно совпадать с прогнозами кандидата-компаньона, подтверждая его партнера.

Обзор лучевых скоростей Gaia-Bh2, полученных с помощью обзора LAMOST и последующих наблюдений с помощью спектрографов MagE, GMOS, XSHOOTER, ESI, FEROS и HIRES. Точки с планками погрешностей являются измерениями, серые линии проведены сзади при совместной подгонке этих спектров лучевых скоростей и астрометрических ограничений Gaia.

(Источник: El-Badry et al., MNRAS, 2022)

Миссия ЕКА Gaia использовала этот метод, обнаружив ближайшую на сегодняшний день черную дыру: Gaia Bh2.

Этот рекорд находится всего в 1560 световых годах от нас.

Gaia Bh2 с массой ~10 солнечных, периодом обращения ~180 дней и расположенной всего в 1560 световых годах от нас теперь является рекордсменом (по состоянию на 2022 год) ближайшей к нашей Солнечной системе черной дыры.

(Источник: Эль-Бадри и др., MNRAS, 2022 г.)

Предстоящие миссии, такие как Нэнси Роман, должны выявить еще более близкие черные дыры.

На этой иллюстрации сравниваются относительные размеры областей неба, охваченных двумя обзорами: грядущим обзором высоких широт телескопа Нэнси Роман, обведенным синим цветом, и самой большой мозаикой под руководством Хаббла, обзором космологической эволюции (COSMOS), показанным в красном. Согласно текущим планам, римский обзор будет более чем в 1000 раз шире, чем обзор Хаббла, показывая, как галактики группируются во времени и пространстве, как никогда раньше, обеспечивая самые жесткие ограничения на эволюцию темной энергии и обнаруживая больше событий микролинзирования, включая, возможно, чрезвычайно близкие черные дыры. , чем когда-либо.

(Фото: NASA/GSFC)

«В основном немой понедельник» рассказывает астрономическую историю с помощью изображений, визуальных эффектов и не более 200 слов. Меньше болтай; улыбайся больше.

Где находится ближайшая к Земле черная дыра? | Science & Tech

Select:

— — —
com/s/setEspana.html?ed=el-pais_ham»> España
América
- México
- Colombia
- Chile
- Argentina
USA

Science & Tech

Изображение черной дыры в центре галактики Мессье 87. EHT

Существует три типа черных дыр: звездные, промежуточные и сверхмассивные. Звёздные чёрные дыры самые маленькие, и они рождаются от смерти звёзд — но только самых больших из звёзд: наше Солнце не превратится в чёрную дыру. Эти меньшие черные дыры можно найти относительно близко к Земле. В то время как промежуточные и сверхмассивные черные дыры находятся очень далеко, в центрах других галактик звездные черные дыры существуют в нашей собственной галактике.

Звездные черные дыры примерно в дюжину раз больше массы Солнца, а промежуточные — в сотни и тысячи раз больше, а сверхмассивные черные дыры могут быть в миллиард раз больше. Эти объекты находятся в центрах или вблизи центров почти всех видов галактик, независимо от типа галактики.

Дополнительная информация

Астрофизик Хейно Фальке: «У нашего мира есть начало и конец»

Черные дыры невозможно увидеть. Их можно обнаружить косвенно по их взаимодействию с пространством и окружающим их материалом. У ученых есть несколько методов для определения местонахождения черных дыр. Поиск начинается с обнаружения явлений, которые могут быть вызваны черными дырами, таких как высокоэнергетические струи, а затем изучения того, может ли это быть связано с черной дырой.

Несколько лет назад была обнаружена самая близкая из когда-либо обнаруженных звездных черных дыр. Объект под названием «Единорог» находится на расстоянии более тысячи световых лет, а это означает, что он не окажет никакого влияния на Землю. Вопреки распространенным представлениям, черные дыры не являются магнитами, которые притягивают все подряд: они воздействуют только на объекты в пределах так называемого радиуса их влияния или видимого радиуса горизонта событий. Но Единорог оказался оптическим обманом. Ближайшая подтвержденная черная дыра находится на расстоянии почти 5000 световых лет. Хотя в нашей Солнечной системе нет черных дыр, в Млечном Пути их полно. По оценкам ученых, в нашей галактике могут быть миллионы черных дыр.

Что касается сверхмассивных черных дыр, то обычно в каждой галактике есть только одна, обычно в центре. Исследователи считают, что черные дыры и галактики растут рядом друг с другом: чем больше галактика, тем крупнее ее черная дыра. Ближайшая сверхмассивная черная дыра находится в центре нашей собственной галактики Млечный Путь, Стрелец A*, примерно в 50 000 световых лет от нас.

До сих пор не было измерено ни одной промежуточной черной дыры. Некоторые из них существуют в нашей галактике, но в настоящее время представляют собой большую загадку. Когда-то первичные галактики были намного меньше, чем те, которые существуют сегодня, поэтому, учитывая существующие теории о черных дырах, они, вероятно, содержали промежуточные черные дыры. Со временем эти маленькие галактики взаимодействовали и сталкивались друг с другом, образуя более крупные. То же самое произошло с их черными дырами, что привело к образованию сверхмассивных черных дыр. Для ученых важно обнаружить промежуточные черные дыры, поскольку они являются недостающим звеном между звездными и сверхмассивными черными дырами.

Анна Ферре-Матеу имеет докторскую степень в области астрофизики и является научным сотрудником Канарского института астрофизики (IAC).