меню содержание news266 news267 news268
Новый метод позволил найти черные дыры промежуточной массы
|
Европейская космическая рентгеновская обсерватория XMM-Newton ("Ньютон") помогла найти доказа-
тельство реальности существования довольно спорных объектов - "промежуточного" класса черных
дыр средней массы ('intermediate-mass' black holes - IMBHs ). Имеются в виду черные дыры, масса кото-
рых с одной стороны значительно превосходит массу черных дыр, родившихся в результате коллапса
звезд-гигантов, а с другой стороны заметно уступает массе сверхмассивных черных дыр, обитающих
в центрах галактик. Для того чтобы выявить эти самые IMBHs, ученые использовали новый метод
определения массы черной дыры, разработанный нашими соотечественниками.
Новый метод определения массы связывает ее с особенностями рентгеновского излучения от
источника. Основан он на любопытном явлении, которое также было описано Львом Титар-
чуком. Черные дыры в двойных системах обладают очень сильным гравитационным полем
и поэтому постепенно «стягивают» на себя вещество компаньонов – обыкновенных оптичес-
ких звезд. Это вещество, однако, «падает» на центральный объект далеко не сразу. Вначале
вокруг черной дыры образуется так называемый аккреционный диск.
Скорость вращения вещества в аккреционном диске очень велика ( 5–30% скорости света ).
Скорость же вращения черной дыры гораздо меньше, примерно в 5–6 раз. «Вещество в диске
должно «подстроиться» к вращению черной дыры, – объяснил Лев Титарчук. – Оно замедля-
ется по мере приближения к центру, и в итоге скапливается во внутреннем участке аккреци-
онного диска. Этот процесс можно сравнить с автомобильной пробкой, которая появляется
после аварии.
Как известно, есть два основных класса объектов, интерпретируемых как "черные дыры". Во-первых,
это сверхмассивные ЧД, содержащие массу миллионов и даже миллиардов солнц, - они содержатся
в ядрах большинства галактик, включая наш собственный Млечный путь. В самых экстремальных слу-
чаях (когда галактика совсем небольшая, а ее ядро чрезвычайно активно), получается квазар, такие ква-
зары светят нам с самого края Вселенной, свет от них до Земли добирается многие миллиарды лет.
Черные дыры более скромных, "звездных" масс и небольших размеров ( под размерами ЧД обычно
подразумевают размеры ее "горизонта событий" - то есть сферы, из-под которой не в силах вырваться
ни материальное тело, ни излучение) содержат массу 5-20 солнц. Они рождаются в результате коллап-
са ядра массивных звезд на последних стадиях звездной эволюции. Наша Галактика, по всей видимос-
ти, содержит миллионы черных дыр этого второго типа. А вот неведомые черные дыры-"середнячки"
должны обладать "промежуточной" массой в сотни и тысячи солнц. Их существование до сих пор оста-
валось под вопросом, еще и потому, в частности, что неясны механизмы их возможного формирования.
Сами черные дыры, конечно, совершенно невидимы. Однако в их окрестностях периодически проте-
кают различные процессы, информация о которых все-таки доходит до земных телескопов. Образно
говоря, черная дыра выдает себя в тот момент, когда "кормится". Вещество, устремляющееся к черной
дыре, разогревается до чрезвычайно высоких температур и начинает ярко светиться, в том числе и в
рентгеновском диапазоне. XMM-Newton ( запущен в декабре 1999 года), специализирующийся на пере-
менных рентгеновских источниках, способен очень эффективно искать такие объекты сразу на весьма
обширных участках неба.
Николай Шапошников и Лев Титарчук, работающие в американском Центре космических полетов име-
ни Годдарда (Goddard Space Flight Center - GSFC) NASA в штате Мэриленд, использовали новую мето-
дику (предложенную Титарчуком в 1998 году), чтобы определить массу черной дыры Cygnus X-1, рас-
положенной в нашей Галактике в направлении на созвездие Лебедя приблизительно в 10 тысячах све-
товых лет от Земли ( заодно были определены массы еще двух "контрольных" черных дыр звездных
масштабов, входящих в двойные системы GRO J1655-40 и GRS 1915+105). Шапошников и Титарчук
воспользовались услугами американского рентгеновского спутника Rossi X-Ray Timing Explorer - RXTE).
Метод Титарчука опирается на существование зависимости между массой черной дыры и размерами
окружающего ее аккреционного диска ( аккреционный диск образован захваченным газом, который
постепенно поглощается черной дырой, двигаясь к ней по спирали ). Чем больше масса черной дыры,
тем обширней ее аккреционный диск. Наблюдаемые почти периодические низкочастотные вариации
в интенсивности рентгеновского излучения из систем, включающих в свой состав черную дыру, кото-
рые получили наименование квазипериодических осцилляций ( Quasi-Periodic Oscillations - QPOs), не-
сут на себе отпечаток сдвигов в спектре излучения ярких сгустков вещества во вращающемся аккре-
ционном диске (при движении к нам и от нас). Частота этих колебаний имеет обратную зависимость
от массы черной дыры, поскольку скорость движения вещества на последней устойчивой орбите огра-
ничивается лишь скоростью света, а протяженность этой орбиты, проходящей вблизи "горизонта со-
бытий", растет вместе с массой коллапсара.
Так художник представляет себе двойную систему Cygnus X-1. Изображение
NASA / Honeywell Max-Q Digital Group / Dana Berry с сайта www.esa.int
Выяснилось, что Cygnus X-1, входящий в систему из двух компонент (еще с начала 1970-х гг. этот объ-
ект считался одним из самых верных кандидатов в черные дыры), содержит в себе 8,7 солнечных масс
(плюс-минус 0,8 солнечных масс). Данная система состоит из голубого сверхгиганта и массивного, но
невидимого компаньона. Альтернативные методики ранее уже позволили предположить, что этот не-
видимый объект представляет собой черную дыру, масса которого в 10 раз превосходит массу нашего
Солнца.
Работающие независимо от Шапошникова и Титарчука сотрудники того же Годдардовского центра
космических полетов Тод Стромейер (Tod Strohmayer), Ричард Мушоцки ( Richard Mushotzky) и четверо
их коллег воспользовались методом Титарчука для обработки данных, полученных XMM-Newton, и
сумели обнаружить настоящую черную дыру промежуточной массы ( IMBH). По их оценкам, ультра-
мощный (ультраяркий) источник рентгеновского излучения (Ultra Luminous X-ray - ULX), находящийся
в соседней галактике NGC 5408, предоставляет собой систему с черной дырой массой порядка 2 тысяч
солнц. "Это один из лучших кандидатов в IMBH, известных на сегодняшний момент", - считает Стро-
мейер. Галактика NGC 5408 находится в 16 миллионах световых лет от Земли в созвездии Центавра
( Кентавра ). Нужно отметить, что многие специалисты уже давно подозревали наличие подобной
связи ультрамощных источников рентгеновского излучения с черными дырами промежуточной массы,
однако твердых доказательств этому до сих пор не находили. Альтернативное объяснение состояло в
том, что мы имеем в данном случае дело с "обычными" черными дырами звездной массы, повернуты-
ми к нам своими "джетами" - релятивистскими струями материи, извергаемой из окрестностей черной
дыры.
Космическая рентгеновская обсерватория XMM-Newton. Изображение с сайта www.esa.int
Результаты вышеописанных исследований приводятся в двух статьях, которые будут публикованы в
"Астрофизическом журнале" - Astrophysical Journal), их можно найти также и на сайте электронных пре-
принтов arXiv.org: "Quasi-Periodic Variability in NGC 5408 X-1" ( T.Strohmayer, R.Mushotzky, L. Winter, R.
Soria, P. Uttley, M. Cropper) и "Determination of Black Hole Mass in Cyg X-1 by Scaling of Spectral Index-QPO
Frequency Correlation" ( N. Shaposhnikov and L.Titarchuk ).
ссылки:
grani.ru/Society/Science/p.122091.html
gazeta.ru/science/2007/05/18_a_1703291.shtml?
esa.int/esaCP/SEMDMAV681F_Expanding_0.html
spaceflightnow.com/news/n0705/16blackhole/
universetoday.com/2007/05/16/new-technique-for-finding-the-mass-of-black-holes
Загадка рождения Солнечной системы
|
Звездный ветер и пыль в Туманности Ориона
Большинство астрофизиков в настоящее время придерживается теории, согласно которой наша Сол-
нечная система сформировалась из газопылевого облака. Катализатором этого процесса могла послу-
жить, например, близкая сверхновая, радиация которой воздействовала бы на пыль, вызвав коллапс
облака, а затем и рождение Солнца и планет.
Для подтверждения этой гипотезы Мартин Биззарро (Martin Bizzarro), работающий в датском Геологи-
ческом институте и Геологическом музее при Копенгагенском университете (Kobenhavns Universitet), и
его коллеги из Дании и США занялись поисками в метеоритах, родившихся в течение первого милли-
она лет жизни Солнечной системы, изотопа железа-60 ( 60Fe), который мог бы послужить "подписью"
сверхновой ( этот изотоп рождается в результате подобных катаклизмов). "К нашему великому удивле-
нию, найти достаточных количеств железа-60 не удалось, что позволяет исключить воздействие сверх-
новой в качестве "спускового механизма" при рождении Солнечной системы", - говорит Биззарро.
Его группе удалось отыскать другой изотоп, алюминий-26 ( 26Al), что позволяет предположить альтер-
нативный "спусковой механизм". Алюминий-26 рождается в недрах чрезвычайно массивных звезд,
приблизительно в 30 раз превышающих по массе Солнце. Такие звезды теряют большое количество
вещества и энергии в звездных ветрах, посредством которых алюминий-26 и распространяется в окру-
жающем эти звезды пространстве. Подобные звездные ветры, возможно, послужили толчком для фор-
мирования Солнечной системы из газопылевого облака ( публикация в журнале Science 25.05.2007 ).
Нужно отметить, что железо-60 в метеоритах все же было найдено, только содержащие его метеориты
датируются уже несколькими миллионами лет после образования Солнечной системы, таким образом
можно заключить, что описываемая массивная и близкая звезда позднее взорвалась в виде сверхновой,
доставив таким образом железо-60 уже в сформировавшуюся юную Солнечную систему, заполненную
протопланетами / планетезималями.
Группа Биззарро теперь ищет следы других давних вспышек сверхновых в непосредственной близости
от Солнечной системы. Возможно, когда-то этот регион Галактики жил очень насыщенной и бурной
жизнью.
Звездный ветер вокруг звезды-гиганта
Исследования, проведённые при помощь VLT, подтвердили догадку о том, что у всех звёзд из каждого
открытого скопления есть определённые уникальные особенности химического состава. По словам Де
Сильвы, это свидетельствует о зарождении этих звёзд из одного газового облака. Несмотря на то, что
сейчас наше скопление достаточно рассеяно в пространстве, его звёзды можно легко определить по их
"химическому штампу".
Де Сильва говорит, что если бы учёные могли измерить возраст и состав других звёзд нашей галакти-
ки, то можно было бы узнать, какие из них являются "родственниками" Солнца. Для того, чтобы сде-
лать это, исследователям понадобятся спектрографические данные повышенного качества и разреше-
ния. В скором будущем их возможно будет получить с помощью инструментов орбитального аппарата
Европейского космического агентства GAIA, который будет запущен в 2011 году, а также при помощи
нового поколения спектрографов.
ссылки:
grani.ru/Society/Science/m.122516.html
science.compulenta.ru/319561
space.newscientist.com/article/dn11928-our-solar-system-started-with-a-nudge-not-a-bang.html
story.malaysiasun.com/index.php/ct/9/cid/89d96798a39564bd/id/251511/cs/1/
