меню содержание news302 news303 news304
Чёрная дыра в центре нашей галактики "потяжелела"
|
blackholes.stardate.org/directory/gallery.php
Центр галактики Млечный Путь
Три десятка звёзд, кружащихся в непосредственной близости от сверхмассивной чёрной дыры в центре
нашей Галактики, выдали учёным её точную массу. За время наблюдений одно из светил совершило
полный оборот вокруг тёмного объекта, а сам он оказался больше, чем прежде считалось.
Испокон веков предмет, который изучает наука астрономия, считался чем-то вечным и неизменным.
Конечно, Солнце всходит и садится, Луна меняет свои фазы, а планеты медленно перемещаются среди
звёзд. Но сами звёзды находятся так далеко от нас, что заметить их движение на небе не то что за время
человеческой жизни, но и на протяжении существования всей человеческой цивилизации шансов нет.
Древние и даже средневековые астрономы так и говорили – сфера неподвижных звёзд – а заметить
смещение светил друг относительно друга удалось лишь в XIX веке. И это были самые близкие объекты
за пределами Солнечной системы.
Заметить вращение звёзд вокруг центра Галактики – дело, кажется, вообще безнадёжное. Солнце обега-
ет по своей орбите вокруг галактического центра за 220 с лишним миллионов лет – в нынешней точке
своей орбиты оно последний раз было в самом начале мезозоя.
Поэтому достижение команды астрофизиков из Германии, США, Израиля и Франции поражает:
им удалось «вживую» увидеть, как звёзды обращаются вокруг сверхмассивной чёрной дыры, находя-
щейся в центре нашей Галактики.
Учёные проследили орбиты 28 звёзд, а одна из них с момента начала наблюдений в 1992 году даже ус-
пела совершить полный оборот вокруг тёмного монстра. Собственно, именно свойства последнего, ко-
торого астрономы отождествляют с источником радиоизлучения Стрелец A* (Sgr A*), и интересовали
авторов работы.
Черная дыра SgrA* рядом со звездой S2
Штефан Гиллессен и Райнхард Генцель из Института внеземной физики Общества имени Макса Планка
под Мюнхеном решили использовать звёзды в качестве «засланцев» в окрестности чёрной дыры – зон-
дов, по движению которых можно определить гравитационное поле невидимого объекта. Это ближай-
шая к нам сверхмассивная чёрная дыра, и её мы можем разглядеть наиболее подробно, так что именно
на этом примере астрономы надеются понять астрофизические свойства таких объектов и проверить
применимость эйнштейновской общей теории относительности в сверхсильных полях тяготения.
Чёрная дыра крупнее света
Телескоп размером в тысячи километров позволил разглядеть чёрную дыру в центре нашей Галактики
в небывалых деталях. Размер источника света – меньше 25 миллионов километров, а значит, у объекта..
Разглядеть центральную часть нашей Галактики не так сложно даже невооружённым взглядом. Если в
летнюю ночь проследить Млечный путь до южного горизонта, то на тёмном небе, вдали от городов и
посёлков, в нём можно заметить так называемое облако Стрельца – довольно яркое утолщение, пересе-
чённое тянущейся ещё от созвездия Лебедя тёмной полосой межзвёздной пыли. Именно за этой поло-
сой в Стрельце находится точка, вокруг которой вращаются все звёзды, что можно заметить на небе,
включая и Солнце.
Однако эта пыль, так удобно указывающая направление на галактический центр, делает невозможными
его наблюдения в оптическом диапазоне – из каждого триллиона квантов видимого света, испущенного
звёздами в окрестностях чёрной дыры, до Земли доходит лишь один. Поскольку находится чёрная дыра
на расстоянии примерно в 27 тысяч световых лет, все объекты за занавесью пыли светят так, будто на-
ходятся и вовсе на границе наблюдаемой Вселенной. А увидеть свет единственной звезды из далёкой
галактики невозможно даже в самый крупный телескоп, существующий на планете или даже в мечтах
астрономов. К счастью, в ближнем инфракрасном диапазоне спектра пыль практически прозрачна.
Именно здесь сосредоточили свои усилия авторы работы, принятой к публикации в Astrophysical Journal
и доступной в архиве электронных препринтов Корнельского университета. Исследования галактичес-
кого центра Райнхард Генцель начал ещё в 1992 году с помощью 3,6-метрового Телескопа новых техно-
логии (NTT) Европейской южной обсерватории на горе Ла-Силла в Чили. Позднее учёные перемести-
лись на другую чилийскую гору – Паранал, где в начале XXI века вступил в строй «Йепун» – последний
из четырёх исполинов VLT с диаметром главного зеркала 8,2 метра каждое.
Адаптивная оптика
Характерный масштаб атмосферных неоднородностей давления и температуры и, как следствие, опти-
ческих свойств – десятки сантиметров, и каждая из них по-своему изменяет характеристики того участ-
ка зеркала...
Однако даже очень большого телескопа (а именно так, Very Large Telescope, раскрывается акроним VLT)
недостаточно, чтобы заметить отдельные звёзды в районе галактического центра. Хотя астрономы под-
нимаются на высокие горы, это до конца не спасает их приборы от влияния атмосферы, неоднороднос-
ти которой сильно портят изображения. Против такого размывания снимков учёным пришлось приме-
нить два приёма. На телескопе «Йепун» они использовали систему современной адаптивной оптики,
а на NTT работал уходящий сейчас в прошлое метод так называемой спекл-интерферометрии, комбини-
рующей чёткие кадры из тысяч мгновенных снимков, которые уже после экспозиции смещают и под-
страивают друг под друга.
На чётких изображениях, полученных такими сложными способами, положения звёзд удалось измерять
с точностью до сотых и тысячных долей угловой секунды – это всё равно, что из Москвы читать надпи-
си на копеечной монете, которую кто-то обронил в Сочи. Помимо положения на небе учёные измеряли
и компоненту скорости, с которой звезда приближается или удаляется от нас. Это позволило воссоздать
полноценную трёхмерную орбиту большинства из звёзд в центре Галактики.
Ещё в 2002 году была опубликована работа, в которой Генцель и его коллеги сообщили о построении
первой такой орбиты. Звезда S2 (литерой S обозначаются соседки Sgr A*, находящиеся на небе в преде-
лах одной угловой секунды) за десять лет наблюдений успела пролететь в непосредственной близости
от центрального объекта, проскользнув от него в скромных по астрономическим меркам 20 миллиардах
километров ( около 140 а. е., расстояний от Земли до Солнца ).
Всего одной орбиты оказалось тогда достаточно, чтобы развеять последние сомнения в существовании
в центре нашей Галактики сверхмассивной чёрной дыры и измерить её массу. Результат шестилетней
давности – 3,7 миллионов масс Солнца с характерной ошибкой в 1,5 миллиона солнечных масс, или
40%.
В новой работе чётко определённых орбит уже 28 и точность определения массы достигла 1,5%. А зна-
менитая S2 за это время даже успела завершить свой оборот вокруг центрального объекта.
Новая оценка массы – 4,3 миллиона масс Солнца, её неопределённость – всего 60 тысяч солнечных
масс.
Правда, эта величина вычислена для конкретного значения расстояния от Земли до галактического
центра – 27,2 тысячи световых лет. Знать этот параметр необходимо, чтобы перевести угловые микро-
секунды перемещений звёзд на небе в те миллиарды километров, что входят в физические законы, из
которых оценивается масса. Но выяснить расстояние до центра Галактики изнутри очень сложно – это
всё равно, что измерять дистанцию от своего дома до центра города, сидя в квартире, да ещё и за мут-
ным и пыльным стеклом. Неопределённость галактического параметра – минимум 4%, из-за чего ха-
рактерная неточность в определении массы центральной чёрной дыры возрастает уже до 10%. Впро-
чем, если измерить расстояние до центра Млечного пути, удастся точно измерить каким-то незави-
симым способом ( например, той же радиоинтерферометрией ), определение массы Sgr A* тут же
станет куда более уверенным.
Sgr A* – против законов физики?
Сверхмассивная чёрная дыра в центре нашей Галактики выглядит так, будто она вращается со скорос-
тью большей, чем разрешено законами физики. На это указывает малый размер светящейся области,
выявленный...
Трёхмерная модель движения звёзд вокруг галактического центра позволяет выяснить и подробности
устройства самого сердца нашей звёздной системы. По данным Гиллессена и Генцеля, большинство
ближайших к Sgr A* звёзд движутся округлым роем без какой-то выделенной ориентации орбит. И
лишь шесть массивных и очень горячих светил, расположенных немножко поодаль от чёрной дыры,
явно образуют маленькое семейство – все они крутятся примерно в одной и той же плоскости и по
часовой стрелке (если глядеть на небо). Движение всех этих звёзд также позволяет заключить, что у
сверхмассивной чёрной дыры нет напарниц – по крайней мере, тяжелее нескольких десятков масс
Солнца.
По словам Райнхарда Генцеля, теперь, после 16 лет работы на звёзды в центре Галактики, пришла
пора и звёздам поработать на астрономов.
«Теперь мы хотим с ними поиграть – пусть они расскажут нам о свойствах чёрной дыры», – говорит
немецкий астроном.
Для этого учёные намерены ещё точнее промерить движение звёзд, для чего собираются использовать
уже все четыре телескопа-близнеца VLT на горе Паранал. Когда астрономы сводят их свет вместе,
получается что-то вроде единого телескопа размером под сотню метров. Такой прибор, надеются Ген-
цель и его коллеги, позволит разглядеть уже саму «поверхность» чёрной дыры. Вернее, доказать, что,
как и положено чёрной дыре, никакой поверхности у неё нет.
ссылки:
gazeta.ru/science/2008/12/10_a_2908057
inauka.ru/space/article92771.html
по теме:
В центре Млечного Пути удивительно близко к массивной черной дыре
сформировалось звездное скопление
Рой черных дыр и нейтронных звезд в центре Млечного Пути
Новый снимок центра Млечного Пути в рентгене
Наша чёрная дыра обзавелась подругой
|
Сверхмассивная чёрная дыра в центре нашей Галактики не одинока – у неё есть напарница массой в
несколько тысяч масс Солнца. По крайней мере, наличие такой дыры промежуточных масс позволяет
легко объяснить, откуда у центральных звёзд Галактики такие необычные орбиты.
Чтобы управлять автомобилем, совсем не обязательно разбираться в устройстве двигателя внутреннего
сгорания. Самых базовых представлений о его работе – ну хоть что без бензина завести его проблема-
тично – вполне достаточно для беззаботной езды. А уж стремление разобраться в устройстве системы
трансмиссии в наши дни нельзя оправдать ничем, кроме аномального врождённого любопытства. Ко-
торое мало кому присуще.
Как показывает практика, даже настоящие учёные, для которых любопытство – профессиональная от-
метина, в этом смысле не так уж и отличаются. Совсем недавно астрономы Штефан Гиллессен и его
коллеги сообщили о новом точном измерении массы чёрной дыры в центре нашей Галактики: она те-
перь составляет 4,3 миллиона солнечных масс.
Наша чёрная дыра потяжелела
Три десятка звёзд, кружащихся в непосредственной близости от сверхмассивной чёрной дыры в центре
нашей Галактики, выдали учёным её точную массу. За время наблюдений одно из светил...
За полтора десятка лет, что заняла эта работа, учёные точно отследили перемещения трёх десятков звёзд
в непосредственной окрестности тёмного объекта, известного астрономам как Sgr A*. Затем учёные
применили законы небесной механики и выяснили свойства «монстра», который управляет движением
этих звёзд. Этим они и удовольствовались, опубликовав соответствующую статью.
Между тем, откуда здесь взялись эти звёзды – одна сплошная загадка.
И свойства, которыми они обладают, совсем не походят на свойства обычного звёздного населения
нашей Галактики.
Во-первых, все они на удивление массивны, а значит, молоды, так как тяжёлые горячие звёзды живут
по астрономическим меркам совсем недолго (миллионы лет против, скажем, миллиардов, отпущенных
Солнцу). В принципе, эти звёзды могли бы «омолодить», а заодно и утяжелить взаимные слияния в
плотных окрестностях чёрной дыры, однако такое слияние непременно отобразилось бы в спектре
объектов, а никаких следов тому нет.
Во-вторых, движутся они по орбитам, наклонённым под самыми разными углами к плоскости Млеч-
ного Пути. В то время как даже в так называемой сфероидальной компоненте звёздного населения Га-
лактики явно выделяется плоскость, к которой «приплюснут» этот сфероид.
В-третьих, эти звёзды движутся по весьма вытянутым орбитам с очень характерным распределением
по «мере вытянутости», эксцентриситету: вероятность иметь эксцентриситет e прямо пропорциональна
его значению. Конечно, в окрестностях Sgr A* есть с полдюжины звёзд, движущихся примерно в одном
направлении и по практически круглым орбитам, однако они расположены чуть поодаль. А вот для са-
мых центральных (так называемых S-звёзд) закон распределения эксцентриситетов выполняется строго.
Наконец, этих звёзд, согласно теории, здесь вовсе быть не должно.
Спирт за компанию к чёрной дыре
Уже очень скоро сверхмассивную чёрную дыру в центре нашей Галактики украсит красочный венец из
молодых и ярких звёзд. Следы метилового спирта в огромном газовом кольце вокруг неё означают, что
в нём уже...
Непосредственно в окрестностях чёрной дыры они родиться не могли. Как показывают расчёты, при-
ливные силы от столь массивного объекта мешают газопылевым облакам рождать звёзды даже на рас-
стояниях в несколько световых лет от галактического центра. А в реальности светила наблюдаются на
расстояниях в десятые и сотые доли светового года.
Для объяснения всех этих фактов астрономы выдвигали не одну гипотезу. Например, что эти звёзды –
компоненты двойных систем, разрушенных при пролёте мимо чёрной дыры. Обмен энергией между
тремя телами позволяет оставить одну из звёзд на плотной орбите вокруг массивного тела, выбросив
из системы вторую с большой скоростью. Здесь, правда, приходится предполагать, что существует не-
кий резервуар двойных, которые так и сыплются на чёрную дыру. Кроме того, неясно, почему вокруг
последней так много тяжёлых звёзд: при обмене энергией, который оканчивается захватом одной из
звёзд, захватываться должна, напротив, более лёгкая компонента.
Суть динамического трения
Когда тяжёлая звезда движется через пространство, заполненное лёгкими звёздами, она немного увле-
кает их за собой своим притяжением. По третьему закону Ньютона, на тяжёлую звезду действует сила
противодействия,...
Решить проблему с распределением по массе, казалось бы, может другой механизм – так называемое
динамическое трение. Только вот точные расчёты показывают, что как раз массивные звёзды до сбли-
жения с центральной чёрной дырой не доживают: они слишком ярко живут и слишком быстро умира-
ют, чтобы такой механизм успел сжать их орбиты.
Для объяснения этого парадокса астрономы Брэд Хансен и Милош Милосавлевич в 2003 году предпо-
ложили, что звёзды в окрестности чёрной дыры приходят не сами – их едва ли не за руку приводит
вторая чёрная дыра.
По расчётам Хансена и Милосавлевича, объект массой в несколько тысяч солнечных масс, движущий-
ся по вытянутой орбите вокруг Sgr A*, мог бы легко заселить окрестности последнего молодыми звёз-
дами, если бы чуть поодаль, на расстоянии в десяток световых лет, могло бы появиться массивное
звёздное скопление.
Пара молодых и массивных скоплений в центре Галактики наблюдаются, так что в предположении
двух астрономов ничего крамольного нет. Особенно их идея понравилась коллегам, когда спустя всего
год после выхода работы были обнаружены так называемые гиперскоростные звёзды, движущиеся
примерно от галактического центра со скоростями чуть ли не в 1000 км/c. Пара чёрных дыр способна
легко обеспечить такое ускорение.
Теперь, как показали два американских и один финский астроном, у гипотезы Хансена и Милосавле-
вича появилось ещё одно преимущество.
Вторая чёрная дыра непринуждённо объясняет распределение вытянутости орбит центральных звёзд
и разброс их ориентаций.
Численный расчёт, который провели Дэвид Мерритт, Алессия Галандрис и Сеппо Миккола, показал,
что всего за миллион лет притяжение второй чёрной дыры «перемешивает» орбиты и вытягивает их в
точности так, как следует из наблюдений. Работа учёных должна выйти в одном из ближайших выпус-
ков Astrophysical Journal.
При этом параметры второй чёрной дыры вполне скромные. К своей «старшей сестре» она не должна
приближаться на расстояние менее 10 световых дней, а масса её может составить всего 1,5–2 тысячи
масс Солнца. Существование подобного объекта современные наблюдения не запрещают, а миллион
лет – немного даже по сравнению с временем жизни массивных звёзд.
Впрочем, в вопросе, откуда могла бы взяться сама вторая чёрная дыра, никакой ясности нет.
Конечно, в отличие от короткоживущих ярких звёзд практически вечная чёрная дыра не ограничена
во времени путешествия к центру Галактики. Но пока ни одной чёрной дыры массой в тысячи масс
Солнца мы не знаем.
Есть чёрные дыры звёздных масс, есть центральные чёрные дыры галактик, которые «весят» в миллио-
ны и миллиарды раз больше, чем наше дневное светило. А вот в промежутке ничего нет, за исключе-
нием двух подозреваемых – загадочного объекта в центре шарового звёздного скопления ω Центавра
и класса подозрительно ярких рентгеновских источников в нескольких соседних с нами галактиках.
Будет забавно, если первую чёрную дыру промежуточных масс откроют у нас под боком, в центре
Млечного Пути. А ведь к этому есть все предпосылки: по расчётам Мерритта и его коллег, дальнейшие
точные наблюдения за движением звёзд здесь могут выдать присутствие второй чёрной дыры уже в
течение ближайших лет..
gazeta.ru/science/2008/12/29_a_2919794
