меню содержание news144 news145 news146
В центре Млечного Пути удивительно близко к массивной черной дыре
сформировалось звездное скопление
|
Центр Млечного Пути в рентгене ( снимок обсерватории "Чандра")
Черные дыры часто рассматриваются в качестве этаких галактических хулиганов и разрушителей,
хладнокровно пожирающих звезды и окружающий газ. А вот ученым (нашим бывшим соотечественни-
кам - Сергею Наякшину из британского Лестерского университета ( University of Leicester ) и известному
астрофизику Рашиду Сюняеву, который ныне живет и работает в Германии ( Физический институт
имени Макса Планка - Max-Planck Institut fur Astrophysik ) с помощью рентгеновской обсерватории
Chandra удалось показать, что сверхмассивная черная дыра в центре нашего Млечного Пути защищает
и прямо-таки "холит и нянчит" целое скопление крупных молодых звезд. Более того, сверхмассивная
черная дыра в центре нашей Галактики способствует формированию этих звезд, а не только поглощает
их, как считалось ранее. От 50 до 100 массивных молодых звезд находятся очень близко к черной дыре,
но не настолько, чтобы быть поглощенными ей. Радиус звездного скопления составляет лишь около
1/3 светового года. Пыль не позволяет рассмотреть звезды, однако при помощи рентгеновского теле-
скопа Chandra можно поймать рентгеновские лучи, которые они излучают.
Найденные молодые звезды в 30-50 раз по массе превосходят Солнце. Они ярче нашей звезды в
100 тыс. раз. В ближайшие ~5 млн. лет эти звезды должны взорватся как сверхновые, а их ядра пре-
вратятся в относительно небольшие черные дыры. При взрыве звезды выбросят в окружающее про-
странство до 80% своей массы. Расстояние от массивной черной дыры ( SGR A*) до обнаруженных
звезд не превышает 1 световой год. Напомним, что Земля расположена на расстоянии около 26 000
световых лет от центра Млечного Пути.
Совокупность наблюдений в инфракрасном и рентгеновском диапазонах показывает, что крупные
звезды, "столпившиеся" возле сверхмассивного объекта Стрелец A* ( Sagittarius A*, Sgr A* ), который
за последние годы подвергся особенно тщательному изучению, не просто по спирали притянуты
чудовищной гравитацией центральной черной дыры, а сформировались из коллапсирующих холод-
ных газовых облаков в непосредственной близости от "монструозного няня".
расположение массивной черной дыры SGR A*
Согласно современным теориям, все звезды рождаются из облаков холодного, практически не испус-
кающего излучения галактического газа ( в основном это водород и гелий ). В некоторый момент в та-
ком облаке под действием собственной гравитации начинают происходить фрагментация и сжатие
( коллапс ), приводящие к образованию протозвезд. При сжатии происходит разогрев будущей звезды,
и это рано или поздно останавливает дальнейший коллапс облака и стабилизирует его форму. А в ок-
рестностях черных дыр, как считалось ранее, "зародыши" формирующихся звезд не выживут, неизбеж-
но будут разорваны мощными приливно-отливными взаимодействиями. И вот эти-то вполне разум-
ные соображения входят ныне в противоречие с удивительным фактом: в районе Sgr A* обнаружива-
ются молодые массивные звезды.
Наякшин и Сюняев рассмотрели две основные модели, созданные для объяснения этого странного
факта - способность "неприветливых" черных дыр предоставлять "безопасную гавань" гигантским
звездам. Одна из возможностей связана с так называемой "дисковой моделью" ( the disk model ), соглас-
но которой мощь гравитационного воздействия плотного газового диска, образовавшегося вокруг чер-
ной дыры Sgr A*, достаточна для того, чтобы свести на нет искажающее воздействие приливно-отлив-
ных сил черной дыры. При этом все силы, властвующие вблизи черной дыры, так удивительно урав-
новешиваются, что газовые облака могут эволюционировать совершенно естественным образом и
формированию будущих звезд ничего в сущности не мешает. Вторая, "миграционная" (migration) модель
исходит из того, что звезды, рожденные в условиях какого-либо скопления, расположенного где-то на
достаточном удалении от черной дыры ( в нескольких десятках парсеков, чтобы не было препятствий
к их стандартному формированию ), могут со временем быть просто притянуты к нашему центрально-
му галактическому монстру. Сценарий с перемещением предсказывает наличие приблизительно одно-
го миллиона маломассивных звезд в районе SGR A* ( они составляют около 90 процентов массы клас-
тера), а "дисковая модель" в свою очередь, постулирует резкое снижение количества этих звезд-ком-
паньонов.
Чтобы разобраться, какое же из двух объяснений больше походит на правду, исследователи решили
просто посчитать звезды вблизи черной дыры. Их оценка числа звезд в Стрельце A* базируется на
сравнении интенсивности рентгеновского излучения, исходящего из окрестностей нашей черной ды-
ры, с излучением, испускаемым Туманностью Ориона, про которую известно, что она содержит нес-
колько тысяч звезд. В результате выяснилось, что черная дыра является владелицей "поголовья" из
приблизительно 10 тысяч маломассивных звезд. Таким образом, относительно малое количество этих
звезд позволяет исключить миграционную модель, настаивающую на миллионе звезд, и определенно
свидетельствует в пользу "дисковой модели".
формирование звезд в непосредственной близости от центральной черной дыры
( в радиусе менее 1 светового года ) согласно "дисковой модели"
"Эти новые результаты многих ученых скорее всего чрезвычайно удивят... Мы можем теперь заявить,
что звезды, вращающиеся вокруг Стрельца A*, не попали туда из стороннего звездного скопления.
Скорее всего, они были рождены здесь же", - говорит Рашид Сюняев.
"миграционная модель" подразумевает, что скопление звезд сформировалось достаточно
далеко от Стрельца A*, а затем было притянуто гравитацией массивной черной дыры
Еще более удивительным кажется то обстоятельство, что звезды, вырастающие в условиях столь опас-
ного соседства, выглядят совершенно особенными. Несмотря на все трудности ( или, напротив, благо-
даря им ) эти "птенчики" "вылупляются" настоящими богатырями и масса их значительно превышает
массу возможных мигрантов. Надо думать, все это происходит благодаря тому, что сверхмассивная
черная дыра притягивает и концентрирует вблизи себя "исходный продукт" - облака межзвезного газа.
"Эти звезды захватывают газ настолько эффективно, что становятся редкими тяжеловесами. Масса
средней звезды здесь по крайней мере в 10 раз больше массы средней звезды в любом другом месте...
И такое преобладание звезд выявлено в одном из наименее приветливых мест в нашей Галактике, -
удивляется Сергей Наякшин. - Вероятно, формирование звезд - это гораздо более устойчивый про-
цесс, чем считалось ранее".
Новая модель формирования сверхмассивных звезд может также помочь раскрыть несколько тайн,
связанных со сверхмассивными черными дырами, обитающими в центрах почти всех галактик. Ведь
когда массивные звезды взрываются в качестве сверхновых (а по космическим масштабам, их эволю-
ция протекает очень быстрыми темпами ), они неизбежно обогащают центральные галактические об-
ласти тяжелыми элементами вроде кислорода и железа. Это может объяснить большую концентрацию
таких элементов, наблюдаемую в аккреционных дисках сверхмассивных черных дыр.
Результаты открытия будут опубликованы в готовящемся выпуске Monthly Notices of the Royal Astrono-
mical Society ( "Ежемесячных заметок Королевского астрономического общества" ). Они противоречат
выводам теоретиков о том, что массивные звезды не формируются в непосредственной близости от
сверхмассивных черных дыр. Ученые, исследовавшие обнаруженные звезды, предполагают, что в не-
посредственной близости от центральной черной дыры может существовать своеобразное звездное
кольцо, на котором могут находиться молодые звезды различной массы.
Новые результаты помогут также "пролить свет" и на таинственное кольцо из звезд, недавно обна-
руженное телескопом Хаббл в ядре нашей соседней галактики - Туманность Андромеды.
смотрите анимацию процесса формирования звезд в окрестностях массивной черной дыры
ссылки:
grani.ru/Society/Science/p.96610.html
astronet.ru/db/msg/1207606/index.html#astro-ph/0507687
rol.ru/news/misc/spacenews/05/10/14_005.htm
chandra.harvard.edu/press/05_releases/press_101305.html
ras.org.uk/index.php?option=com_content&id=843
newscientist.com/article.ns?id=dn8153 - пресс-релиз
space.com/scienceastronomy/051013_blackhole_stars.html
Вокруг центральной черной дыры галактики Туманность Андромеды обнаружен плотный
звездный диск диаметром лишь около 1 светового года.. - yastro.narod.ru/a_news137.htm
Скорость вращения галактик можно объяснить и без темной материи
|
Скорость вращения звезд в зависимости от расстояния до центра галактики. На графике справа
точками показаны предсказания релятивистской модели Куперстока и Тьё для Млечного Пути.
Чем сильнее гравитационное поле, тем быстрее вращаются вокруг галактики звезды и облака
газа, так что измерения скоростей вращения в зависимости от расстояния до центра галактики
позволяют восстановить распределение в ней массы. На рис. слева: по мере удаления от центра
галактики скорости обращения звезд не уменьшаются, что говорит о том, что в галактике, в
том числе и в её окрестностях ( вдалеке от светящейся части ), имеется несветящаяся, темная
материя. В нашей Галактике в окрестности Солнца распределение массы темной материи
примерно равно массе обычного вещества.
Канадские ученые из Университета Виктории считают, что для объяснения «аномальной» скорости
вращения галактик вовсе не обязательно постулировать существование во Вселенной огромного коли-
чества невидимой темной материи. Достаточно учитывать проявляющиеся на масштабе галактик ре-
лятивистские эффекты. Об этом говорится в последнем выпуске CERN Courier, ссылающемся на ста-
тью Фреда И. Куперстока (F. I. Cooperstock) и Стивена Тьё (S. Tieu) «Общая теория относительности
решает проблему вращения галактик без участия экзотической темной материи». В работе опроверга-
ется один из традиционных аргументов в пользу существования темной материи, который состоит в
следующем: поскольку в некоторых случаях совокупная масса звезд и межзвездного газа оказывается
недостаточной для того, чтобы ею можно было объяснить результаты измерения кривой вращения га-
лактики ( т. е. зависимости скорости вращения объектов, образующих галактический диск, от расстоя-
ния до центра галактики ), в составе галактики должна присутствовать ненаблюдаемая темная мате-
рия, восполняющая недостаток массы. По мнению же Куперстока и Тьё, причина несоответствия
между «видимой» массой галактики и параметрами кривой вращения заключается в неприменимости
ньютоновской линейной теории гравитации к системам, подобным галактике. Ученые показали, что
в таких системах, даже несмотря на относительно небольшие, «нерелятивистские» скорости и поля,
уже существенно сказывается релятивистская нелинейность. Ньютоновская механика хорошо описы-
вает Солнечную систему, состоящую из сравнительно небольшого числа небесных тел, гравитацион-
ные поля которых не оказывают существенного влияния на поле системы в целом. В случае же с галак-
тикой, где вся вращающаяся материя участвует в формировании общего гравитационного поля, она
оказывается слишком грубым приближением. Канадские исследователи построили модель, в которой
галактика описывается как стационарная не испытывающая давления жидкость с осевой симметрией.
Из уравнений общей теории относительности, описывающих движение и гравитационное поле для
данной модели, были выведены два уравнения ( одно линейное и одно нелинейное ), связавшие угло-
вую скорость с плотностью жидкости. После чего на примере нашего Млечного Пути, а также галак-
тик NGC 3031, NGC 3198 и NGC 7331 было показано, что предсказываемые моделью кривые враще-
ния хорошо соответствуют распределению массовой плотности обычной видимой материи, входящей
в состав дисков галактик. Соответственно, необходимость в поправках на темную материю отпала.
ссылки:
elementy.ru/news/164882?p
elementy.ru/lib/25560
elementy.ru/lib/25560/25564