Это фотография не промежуточной черной дыры согласно названию этого ролика, это новый снимок первой сфотографированной черной дыры. Благодаря новым данным ученые смогли сказать больше о механизмах образования высокоэнергетических джетов.
Но, а также сегодня в ролике, все-таки они существуют, черные дыры промежуточных масс, как их обнаружили, и как они образовались во вселенной?
Всем привет, вы на канале forest of science лес науки, подписывайся, и познавай вселенную вместе с нами, мы начинаем!
Первый прямой снимок окрестностей черной дыры проектом EHT был опубликован 10 апреля 2019 года, и уже на следующий день ученые пообещали повысить четкость изображения. Как мы теперь видим, специалисты со всего мира действительно не сидели сложа руки. К уже полученному изображению добавились результаты анализа поляризованного света.
И таким образом ученые впервые запечатлели магнитное поле вокруг черной дыры и уточнили, как образуются джеты.
Магнитное поле вокруг черной дыры ускоряет электроны в пространстве вокруг нее. Часть из них излучает фотоны, причем поляризация этого света зависит от направления ускорения. Таким образом, отфильтровав все лишнее излучение и запечатлев только поляризованный свет, можно буквально увидеть рисунок линий магнитного поля. В нашем случае — вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87. Его мощность колеблется между 1(одним) и 30(тридцатью) гауссами, что в 50 раз мощнее, чем у полюсов Земли.
Эти данные являются ключевыми для объяснения механизма образования высокоэнергетических джетов – струйных выбросов из ядра галактики Messier 87.
Для описания поведения вещества в окрестности черной дыры астрономы построили множество различных моделей, но они так и не могут до конца понять, каким образом из расположенной в центре галактики области, сравнимой по размерам с Солнечной системой, могут истекать столь протяженные джеты. Неясно до сих пор и то, как именно происходит падение вещества в черную дыру.
Именно последние данные приводят к пониманию того, как магнитное поле помогает черной дыре поглощать вещество и испускать мощные джеты.
Наблюдения свидетельствуют о том, что магнитные поля на краю чёрной дыры достаточно сильны, чтобы отталкивать горячий газ и помогать ему сопротивляться мощному гравитационному притяжению. Та часть газа, которой удаётся проскользнуть через «магнитное заграждение» образует спиральный поток, устремляющийся к горизонту событий.
Ну что-ж, черная дыра в центре галактики Messier 87 относится к сверхмассивным черным дырам. Изначально ученым были известны черные дыры звездных масс от единиц до нескольких десятков масс Солнца, их еще называют маленькими черными дырами, и сверхмассивные черные дыры, масса которых составляет миллионы и миллиарды Солнечных масс.
Но это все, что было известно, пока ученые не выделили еще одну группу черных дыр, это черные дыры промежуточных масс, иначе говоря черные дыры средних размеров.
Однако до сих пор это все было гипотетически, пока ученые недавно не выпустили статью, где показали, что возможно обнаружили растущую черную дыру промежуточной массы.
Но давайте сначала разберемся с чего же все это началось.
Вернемся в 2003 год, когда впервые всерьез начали говорить о черных дырах промежуточной массы.
Уже тогда ученые знали, что черная дыра звездной массы образуется, когда массивная звезда претерпевает взрывную смерть, называемую сверхновой. Это взрыв, который может затмить целую галактику звезд примерно на неделю, оставляя после себя маленькое тяжелое ядро звезды. Если это ядро достаточно массивное, оно схлопнется само и образует черную дыру. Наше Солнце слишком мало или недостаточно массивно, чтобы образовать черную дыру, когда у него, наконец, закончится топливо.
Сверхмассивные черные дыры существуют в центре большинства галактик, включая нашу Галактику Млечный Путь. Они невероятно тяжелые, их масса колеблется от миллионов до миллиардов солнечных масс. Почему они такие невероятно массивные, неизвестно, но астрономы уверены, что их развитие связано с их присутствием в центре галактик. Здесь так много звезд, газа и пыли, что черная дыра может очень быстро разрастаться. А поскольку многие галактики неоднократно сталкиваются в течение своей долгой жизни, у сверхмассивных черных есть прекрасная возможность столкнуться и слиться в еще более тяжелые сверхмассивные черные дыры.
Но все же, даже в этом случае ученые не могут точно сказать, как же образуются такие монстры, как сверхмассивные черные дыры.
По оценкам, промежуточная черная дыра имеет массу от 100 до 100000 масс Солнца. Ни одна звезда не могла образовать такую тяжелую черную дыру. По мнению астрономов, такие черные дыры могут образовываться только одним способом: одна черная дыра может поглотить много-много материала, чтобы подняться до требуемого веса, или чтобы отдельные черные дыры слились вместе.
Однако оба этих сценария создают вопросы, на которые астрономы не могут ответить прямо сейчас.
Проблема в том, что, в отличие от так сказать «легкого» звездного класса черных дыр и «тяжелого» сверхмассивного класса, не существует известного способа образования черных дыр промежуточной массы. Их существование, которое было показано лишь косвенно еще в 2003 году, не может быть объяснено существующей теорией образования черных дыр.
Да конечно, с 2003 года вышло очень много статей на эту тему, однако, нам интересна самая последняя статья, которая была опубликована 29 марта в журнале Nature Astronomy.
Но прежде, давайте обратимся к более раннему исследованию, которое было опубликовано 31 марта 2020 года. с помощью космического телескопа хаббл предположительно удалось обнаружить черную дыру промежуточной массы в рентгеновском диапазоне.
В 2006 году космические обсерватории (Чандра НАСА и XMM-Newton) зарегистрировали мощную вспышку рентгеновских лучей, но не смогли определить, возникла она внутри или за пределами нашей галактики. Исследователи объяснили это тем, что звезда разорвалась на части после того, как подошла слишком близко к гравитационно мощному компактному объекту, например, черной дыре.
Стоит отметить, что источник рентгеновского излучения (3XMM J215022.4−055108) не был расположен в центре галактики, где обычно располагались бы массивные черные дыры. И возможно это и есть черная дыра промежуточной массы.
Космический телескоп Хаббл, получил изображения с высоким разрешением подтверждающие то, что рентгеновские лучи исходят не из нашей галактики, а из плотного звездного скопления на окраине другой галактики - именно в таком месте, которое астрономы ожидали найти объекты такого класса. Но рентгеновское свечение разорванной звезды позволило астрономам не только обнаружить, но и оценить массу черной дыры в 50 000 солнечных масс.
Три миллиарда лет назад во Вселенной произошел гамма-всплеск (GRB 950830). В 1995 году астрономы наблюдали это событие, в гамма-обсерватории Комптона по сути, «заглянув в прошлое». Теперь астрономы использовали свет, исходящий от древнего взрыва, для обнаружения черной дыры промежуточной массы (IMBH), которую трудно обнаружить.
Свет, исходящий от гамма-всплеска, позволил команде исследователей использовать явление, называемое гравитационным линзированием, чтобы найти промежуточную черную дыру.
Чтобы определить, какой тип объекта вызывает это линзирование, команде пришлось определить его массу. И оказалось, что масса объекта находится в диапазоне массы ПЧД.
Стоит отметить, что данная находка, так же может раскрыть информацию о формировании СМЧД.
Это открытие подтверждает существование ЧДПМ, поскольку их настолько сложно обнаружить, что некоторые ученые задаются вопросом, реальны ли они вообще.
После этого был задействован космический телескоп Хаббл, который получил изображения с высоким разрешением подтверждающие то, что рентгеновские лучи исходят не из нашей галактики, а из плотного звездного скопления на окраине другой галактики - именно в таком месте, которое астрономы ожидали найти объекты такого класса.
Эти объекты особенно сложно обнаружить, «потому что они меньше и менее активны, чем сверхмассивные черные дыры; у них нет простых и доступных источников топлива, нет такого сильного гравитационного притяжения, чтобы притягивать звезды и другой космический материал, который мог бы показываться в рентгеновском диапазоне».
По сути, астрономы должны ловить IMBH с поличным, когда они поглощают звезду.
И на этот раз ученым повезло, так как рентгеновское свечение разорванной звезды позволило астрономам не только обнаружить, но и оценить массу черной дыры в 50 000 солнечных масс. Масса ПЧД была оценена как по рентгеновской светимости, так и по форме спектра. Это намного надежнее, чем использование только рентгеновского излучения, как это обычно делалось ранее для предыдущих кандидатов в ПЧД.
А теперь перейдем к главному исследованию данного ролика
Три миллиарда лет назад во Вселенной произошел гамма-всплеск (GRB 950830). В 1995 году астрономы наблюдали это событие, в гамма-обсерватории Комптона по сути, «заглянув в прошлое». Теперь астрономы использовали свет, исходящий от древнего взрыва, для обнаружения черной дыры промежуточной массы (IMBH), которую трудно обнаружить.
Свет, исходящий от гамма-всплеска, позволил команде исследователей использовать явление, называемое гравитационным линзированием, чтобы найти промежуточную черную дыру.
Гравитационное линзирование - это явление, которое возникает, когда объект (например, черная дыра) действует как линза, искажая свет, исходящий от удаленного источника света (например, космического взрыва). Это искажение сигнализирует астрономам, что на пути должен быть массивный объект.
Чтобы определить, какой тип объекта вызывает это линзирование, команде пришлось определить его массу. И оказалось, что масса объекта находится в диапазоне массы ПЧД. Ученые также смогли отсеять других кандидатов, такие как шаровые скопления за недостаточную плотность и ореолы темной материи, так как эти в свою очередь недостаточно компактны, чтобы вызвать гравитационное линзирование.
С большей долей вероятности, с помощью данного метода можно сказать, что все-таки они существуют, черные дыры промежуточных масс.
Стоит отметить, что данная находка, так же может раскрыть информацию о формировании СМЧД.
В настоящее время ученые все еще не установили целостную картину образования сверхмассивных чёрных дыр, вырастающих до таких огромных масс, находящихся на границе возраста Вселенной. Но по предположениям им просто не должно хватить материала и времени, даже сначала времен, чтобы стать таких размеров.
И ученые надеются, что в этом им помогут ЧДПМ.
«Если существует начальная популяция черных дыр средних размеров, она может заполнять этот пробел. Но тут возникает другой вопрос. Откуда появились ЧДПМ ... они могут образоваться в результате слияния / коллапса массивных одних из первых звезд в ранней Вселенной, или они могут быть более древними, первобытными черными дырами, образовавшимися на самых первых фазах Вселенной»
Это открытие подтверждает существование ЧДПМ, поскольку их настолько сложно обнаружить, что некоторые ученые задаются вопросом, реальны ли они вообще.
Источники:
Магнитные поля черной дыры М87:
https://www.eso.org/public/russia/news/eso2105/?lang=
Черные дыры промежуточной массы:
https://www.nasa.gov/vision/universe/starsgalaxies/Black_Hol...
https://cds.cern.ch/record/639284/files/0308402.pdf
https://www.space.com/black-hole-missing-link-hubble-telesco...
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/hubble-finds-best-...
https://astronomy.com/news/2020/04/hubble-finds-the-best-evi...
https://sci.esa.int/web/hubble/-/hubble-finds-best-evidence-...
https://www.space.com/secret-black-hole-revealed-by-early-un...
http://www.sci-news.com/astronomy/gravitational-lensing-effe...
https://phys.org/news/2021-03-black-hole-seeds-key-galaxies....
https://in-space.ru/astronomy-nashli-neulovimuyu-chernuyu-dy...
