Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики – The Universe Times | 19.08.2019

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Обнаружена пара сверхмассивных чёрных дыр, находящихся на встречных курсах

Обнаружена пара сверхмассивных чёрных дыр, находящихся на встречных курсах

Исследователи полагают, что этот удивительный дуэт может помочь им предсказать то, когда впервые будет сделано историческое обнаружение фонового “гула” гравитационных волн от сверхмассивных чёрных дыр. Также астрономы попытаются определиться в том, существует ли проблема “последнего парсека”.

Масса каждой чёрной дыры в этой системе более чем в 800 миллионов раз превышает массу нашего Солнца. А по мере того, как эти космические объекты по спирали будут постепенно сближаются в смертельном танце, они начнут испускать гравитационные волны – пульсации самого пространства-времени. Предполагается, что эти космические волны присоединятся к ещё не обнаруженному фоновому шуму гравитационных волн от других сверхмассивных чёрных дыр.

Еще до предполагаемого столкновения, гравитационные волны, исходящие от пары сверхмассивных чёрных дыр, по своим характеристикам полностью затмят те, что были обнаружены ранее в результате слияния гораздо меньших чёрных дыр и нейтронных звезд.

“Сверхмассивные двойные чёрные дыры создают самые мощные гравитационные волны во вселенной. Они в миллион раз “громче”, чем те, что были обнаружены LIGO“, – Кьяра Мингарелли, младший научный сотрудник Центра вычислительной астрофизики в институте Флатирон в Нью-Йорке.

Исследование проводил Энди Голдинг, младший научный сотрудник Принстонского университета. Голдинг, Мингарелли и сотрудники из Принстона и исследовательской лаборатории ВМС США в Вашингтоне сообщили о своём открытии 10 июля 2019 года в издании Astrophysical Journal Letters.

Сверхмассивные чёрные дыры

Галактика на расстоянии 2.5 миллиарда световых лет. Во врезке показана пара сверхмассивных чёрных дыр в её ядре. Расположение этих дыр отмечается свечением тёплого газа, окружающего их. Источник: A.D. Goulding et al./Astrophysical Journal Letters 2019

Две сверхмассивные чёрные дыры особенно интересны тем, что они находятся на расстоянии около двух с половиной миллиардов световых лет от Земли. Нам хорошо известно, что смотреть на далекие объекты в астрономии – всё равно что оглядываться назад во времени, поэтому пара этих объектов принадлежит вселенной, на два с половиной миллиарда лет моложе нашей. По совпадению, примерно столько же времени, по оценкам астрономов, потребуется чёрным дырам, чтобы начать создавать мощные гравитационные волны.

В современной вселенной чёрные дыры уже испускают эти гравитационные волны, но даже двигаясь со скоростью света они не достигнут нас ещё в течение миллиардов лет. Но этот дуэт по-прежнему полезен в том плане, что это открытие может помочь учёным оценить то, сколько вообще сверхмассивных чёрных дыр поблизости испускают гравитационные волны, которые мы могли бы обнаружить прямо сейчас.

Обнаружение фона гравитационных волн поможет решить некоторые самые сложные загадки современной астрофизики. Например, как часто сливаются галактики и сливаются ли сверхмассивные пары чёрных дыр в принципе, или они застревают в почти бесконечном танце вокруг друг друга?

”Для астрономии является большой проблемой тот факт, что мы не знаем, сливаются ли сверхмассивные чёрные дыры. Поэтому для всех исследователей физики чёрных дыр, это является такой задачей, которую мы должны решить”, – соавтор исследования Дженни Грин, профессор астрофизических наук в Принстоне.

Сверхмассивные чёрные дыры содержат миллионы и даже миллиарды масс Солнца. Почти все галактики, включая Млечный Путь, содержат по крайней мере одного такого исполина в своем ядре. Когда галактики сливаются, их сверхмассивные чёрные дыры встречаются и начинают вращаться вокруг друг друга. Со временем эта орбита сжимается, поскольку газ и звезды проходят между чёрными дырами и перетягивают энергию.

Однако, как только сверхмассивные чёрные дыры приблизятся достаточно близко, эта кража энергии почти прекратится. Некоторые теоретические исследования показывают, что чёрные дыры затем останавливаются на расстоянии около одного парсека (примерно 3.2 светового года) друг от друга. Это замедление длится почти бесконечно и известно как проблема “последнего парсека”. В этом случае, только очень редкие группы из трёх и более сверхмассивных чёрных дыр заканчивают своё существование в результате слияния.

Астрономы не могут заняться простым поиском таких “застрявших” пар, потому что задолго до того, как чёрные дыры окажутся на расстоянии одного парсека друг от друга, для современных приборов они будут уже слишком близки, чтобы можно было различить в них два отдельных объекта. Более того, они не создают сильных гравитационных волн, пока не преодолеют барьер “последнего парсека” и не сблизятся. Вновь обнаруженные сверхмассивные чёрные дыры, наблюдаемые как бы на два с половиной миллиарда лет назад во времени, расположены примерно в 430 парсеках друг от друга.

Если проблемы “последнего парсека” не существует, то астрономы ожидают, что вселенная будет заполнена шумом гравитационных волн от пар сверхмассивных чёрных дыр.

Этот шум называется фоном гравитационных волн, и он немного похож на хаотический хор сверчков, стрекочущих в ночи. Вы не можете отличить одного сверчка от другого, но громкость шума помогает вам оценить то, сколько сверчков там может находиться. Когда две сверхмассивные чёрные дыры сталкиваются и объединяются, они испускают громоподобный шум, который затмевает все остальные. Однако такое событие является кратким и чрезвычайно редким, поэтому учёные не ожидают обнаружить его в ближайшее время.

Гравитационные волны, генерируемые парами сверхмассивных чёрных дыр, находятся за пределами частот, наблюдаемых в настоящее время в экспериментах, таких как LIGO и Virgo. Вместо этого охотники за гравитационными волнами полагаются на группы специальных звёзд, называемых пульсарами, которые действуют как метрономы. Быстро вращающиеся пульсары посылают радиоволны в виде устойчивого ритма. Если проходящая гравитационная волна растягивает или сжимает пространство между Землёй и пульсаром, этот ритм слегка сбивается.

Обнаружение фона гравитационных волн с помощью одной из таких пульсарных ловушек требует терпения и наличия большого количества контролируемых звёзд. Ритм одного пульсара может быть нарушен всего на несколько сотен наносекунд в течение одного десятилетия. Чем громче фоновый шум, тем больше нарушение синхронизации и тем скорее будет сделано первое обнаружение.

Голдинг, Грин и другие астрономы из исследовательской команды обнаружили эти две чёрные дыры с помощью космического телескопа “Хаббл”. Хотя сверхмассивные чёрные дыры не видны непосредственно в оптический телескоп, они окружены яркими скоплениями светящихся звёзд и тёплым газом, притянутым мощным гравитационным воздействием. Для того времени в истории, в котором мы это наблюдаем, галактика, укрывающая новообретённую пару сверхмассивных чёрных дыр, является одной из самых ярких во вселенной. Более того, ядро галактики выбрасывает два колоссальных газовых столба. После того, как исследователи направили космический телескоп “Хаббл” на эту галактику, чтобы раскрыть происхождение её впечатляющих газовых облаков, они обнаружили, что система содержит не одну, а две массивные чёрные дыры.

Затем наблюдатели объединились с исследователем гравитационных волн Мингарелли и аспирантом Принстонского университета Крисом Пардо, чтобы интерпретировать находку в контексте исследования фона гравитационных волн. Открытие обеспечивает точку привязки для оценки того, сколько сверхмассивных пар чёрных дыр находятся на расстоянии обнаружения от Земли. Предыдущие оценки основывались на компьютерных моделях того, как часто галактики сливаются, а не на реальных наблюдениях за этими объектами.

Основываясь на полученных данных, Пардо и Мингарелли предсказывают, что в оптимистичном сценарии около 112 сверхмассивных чёрных дыр испускают гравитационные волны. Поэтому первое обнаружение фона гравитационных волн сверхмассивных чёрных дыр должно произойти в течение ближайших пяти лет или около того. Если такое обнаружение не будет сделано, это будет свидетельством того, что проблема “последнего парсека” может быть непреодолимой. В настоящее время команда изучает другие галактики, похожие на ту, в которой находится обнаруженная пара. Поиск новых двойных систем поможет им в дальнейшем уточнять свои прогнозы.

По информации Центра вычислительной астрофизики.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google