Чёрные дыры 

                          

    

     Черные дыры - это области пространства, настолько плотные,

что даже свет не может преодолеть их гравитационного притяжения. Так как черная дыра проглощает газ, пыль и даже звезды, поглащаемое вещество становится настолько горячим, что начинает излучать с очень высокой энергией по мере того, как погружается в черную дыру. Эта энергия включает и рентгеновское излучение, которое способны обнаруживать телескопы на околоземной орбите.

Астрономы обнаружили относительно малую черную дыру в центре галактики NGC 4395 в созвездии Гончих Псов, которая излучает в рентгене так же интенсивно, как черные дыры обычных размеров.

NGC 4395 - первая галактика, в центре которой найдена маленькая, но очень эффективная сверхмассивная черная дыра.

В статье, которая была опубликована в Monthly Notices Королевского Астрономического Общества, астрономы из института астрономии Кембриджского университета пишут о том, что они обнаружили "крошечную" супермассивную черную дыру, которая, вопреки математическим ожиданиям, является столь же мощной, как большие черные дыры в центрах других галактик.

Черная дыра, расположенная в галактике NGC 4395, массивнее нашего Солнца в 50000 раз. Обычные известные нам сверхмассивные черные дыры, как правило, в миллионы и миллиарды раз массивнее Солнца. Согласно астрономам, эта черная дыра "работает" так же, как обычная сверхмассивная черная дыра, несмотря на ее малые размеры.

Наличие таких небольших по размерам черных дыр может объяснить свойства сейфертовских галактик - одного из типов активных галактик, в центре которых, как считается, содержатся черные дыры. Такие галактики менее ярки, чем квазары и другие активные галактики, но испускают большое количество рентгеновского излучения.

Астрономы пока не знают, сколько существует подобных черных дыр. NGC 4395 - единственная известная галактика с такой черной дырой.

     Черная дыра в центре Млечного Пути

     Впервые астрономы могут видеть, как звезды вращаются вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. В статье, опубликованной 21 сентября 2000 года в журнале Nature, группа астрономов сообщает о том, что они обнаружили, что наблюдаемые в течение пяти лет три звезды вблизи центра нашей галактики ускоряют свое вращение вокруг черной дыры на более чем 250 миль в час за год.

"Мы видим, что орбиты звезд начинают изгибаться," - говорит руководитель группы астрономов, проводивших наблюдения, Andrea Ghez, профессор физики и астрономии из UCLA. "Орбита одной из этих звезд приведет ее на черную дыру в ближайшие 15 лет. Мы говорим о 15 годах, хотя свету требуется целых 24 тысячи световых лет, чтобы добраться до нас!".

Другие две ближайшие к черной дыре звезды находятся от нее на расстоянии всего 10 световых дней, но Ghez предсказывает, что они будут облетать по орбите огромную черную дыру и не упадут на нее. В 1995 году эти три звезды перемещались со скоростью два миллиона миль в час, а к 1999 году их скорости увеличились более чем на миллион миль в час.

В 1998 году Ghez сообщила, что в центре нашей галактики, на расстоянии 24 тысячи световых лет, находится черная дыра с массой, в 2.6 млн раз превышающей массу Солнца. Это открытие положило конец спорам среди астрономов, продолжавшимся больше четверти века. Сейчас Ghez может точно указать местонахождение этой черной дыры. Черные дыры - это сколлапсировавшие звезды, настолько плотные, что ничто не может преодолеть их гравитационного притяжения, даже свет.

     Черная дыра в центре Млечного Пути

     Впервые астрономы могут видеть, как звезды вращаются вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. В статье, опубликованной 21 сентября 2000 года в журнале Nature, группа астрономов сообщает о том, что они обнаружили, что наблюдаемые в течение пяти лет три звезды вблизи центра нашей галактики ускоряют свое вращение вокруг черной дыры на более чем 250 миль в час за год.

"Мы видим, что орбиты звезд начинают изгибаться," - говорит руководитель группы астрономов, проводивших наблюдения, Andrea Ghez, профессор физики и астрономии из UCLA. "Орбита одной из этих звезд приведет ее на черную дыру в ближайшие 15 лет. Мы говорим о 15 годах, хотя свету требуется целых 24 тысячи световых лет, чтобы добраться до нас!".

Другие две ближайшие к черной дыре звезды находятся от нее на расстоянии всего 10 световых дней, но Ghez предсказывает, что они будут облетать по орбите огромную черную дыру и не упадут на нее. В 1995 году эти три звезды перемещались со скоростью два миллиона миль в час, а к 1999 году их скорости увеличились более чем на миллион миль в час.

В 1998 году Ghez сообщила, что в центре нашей галактики, на расстоянии 24 тысячи световых лет, находится черная дыра с массой, в 2.6 млн раз превышающей массу Солнца. Это открытие положило конец спорам среди астрономов, продолжавшимся больше четверти века. Сейчас Ghez может точно указать местонахождение этой черной дыры. Черные дыры - это сколлапсировавшие звезды, настолько плотные, что ничто не может преодолеть их гравитационного притяжения, даже свет.

В своих наблюдениях группа астрономов под руководством Ghez использует 10-метровый телескоп Keck I Telescope на Гавайях - самый большой в мире оптический и инфракрасный телескоп. Они исследуют движение 200 звезд, расположенных близко к галактическому центру. Пока выявлено ускоренное движение только трех из них.

     Черная дыра нового типа

     Космический рентгеновский телескоп Chandra обнаружил черную дыру нового типа

Несколько групп ученых сообщили 13 сентября 2000 года о том, что они получили доказательства существования черной дыры нового типа, не наблюдавшегося ранее. Такая черная дыра была обнаружена в галактике M82. Это средняя по массе черная дыра, которая располагается на расстоянии 600 световых лет от центра галактики M82. Ученые считают, что эта черная дыра может представлять собой отсутствовавшее до сих пор звено между небольшими и сверхмассивными черными дырами, которые располагаются в центрах галактик.

"Полученные результаты открывают целую новую область исследований," - сказал Martin Ward из университета Leicester, Великобритания, участник наблюдений. "Никто не был уверен, что такие черные дыры существуют, особенно вне центров галактик." Черная дыра в галактике M82 с массой, в 500 раз превышающей массу Солнца, по размерам сравнима с Луной. Такая черная дыра требует критических условий для создания, например, коллапса "гиперзвезды" или слияния нескольких черных дыр.

"Эта черная дыра может со временем переместиться к центру галактики, где она может превратиться в супермассивную черную дыру," - говорит Dr. Hironori Matsumoto из Массачусетского технологического института (MIT) в Кембридже.

В прошлом в нашей галактике во время периодов интенсивного звездообразования могли образоваться средне - массивные черные дыры, так что в дополнение к примерно двум десяткам известных черных дыр и сверхмассивной черной дыре, расположенной в центре галактики, могут существовать сотни таких "средних" черных дыр.

     Черные дыры - понимание формирований галактик

     Астрономы пришли к заключению, что черные дыры не рождаются огромными, а постепенно растут за счет газа и звезд галактик.

Тщательно проведенные с помощью спектрографа космического телескопа NASA Hubble исследования более чем 30 галактик с центральными черными дырами позволили проследить подробную эволюцию галактик и их взаимоотношений с находящимися в их центрах гигантскими черными дырами.

Анализ этих данных показывает, что гигантские черные дыры не предшествовали рождению галактик, а эволюционировали вместе с ними, поглощая определенный процент массы звезд и газа центральной области галактики. Это означает, что в меньших галактиках черные дыры менее массивны, их массы составляют не многим более нескольких миллионов солнечных масс. Черные дыры в центрах гигантских галактик, включающие в себя миллиарды солнечных масс, поглащали настолько много газа, что начали сиять как квазары, самые яркие объекты во Вселенной.

Суть заключается в том, что окончательная масса черной дыры не является ее изначальной массой, она определяется в процессе формирования галактики. "События, которые создают галактику, и события, заставляющие ее центральную черную дыру сиять как квазар, одни и те же," - говорит John Kormendy из университета Техаса в Остине. "Эти результаты помогают связать несколько направлений исследования формирования галактик в одну наиболее правдоподобную и последовательную картину".

Обнаружение телескопом Hubble еще 10 сверхмассивных черных дыр в центрах галактик увеличивает число черных дыр, доступных для исследований, до 30.

Полученные результаты обнаруживают тесную взаимосвязь между массой черной дыры и звездами, составляющими эллиптическую галактику, или центральным звездным балджем спиральной галактики.

Эти исследования также объясняют, почему в центрах галактик с малыми звездными балджами, таких, как наша галактика Млечный Путь, находятся "крошечные" черные дыры массой всего в несколько миллионов масс Солнца, в то время как в центрах гигантских эллиптических галактик располагаются сверхмассивные черные дыры с массами, составляющими миллиарды солнечных масс. В центре галактики, не имеющей центрального звездного балджа (типа ближайшей к нам галактики М33), либо нет черной дыры, либо есть очень небольшая черная дыра, обнаружение которой - ниже предела возможностей телескопа Hubble.

В большинстве случаев черные дыры увеличиваются не только за счет поглощения газа отдельной галактики, но и путем слияния галактик, в результате чего их черные дыры объединяются.

Результаты проведенного исследования не позволили ответить на вопрос, как зарождается черная дыра. Ясно только, что она должна быть в галактике на раннем этапе процесса формирования этой галактики. Также не известно, как процесс формирования галактики создает черную дыру с такой точно коррелированной массой.

Hubble обладает уникальной способностью точно измерять скорость газа и звезд вблизи черной дыры. Результаты исследований, основанные на двух типах наблюдений с помощью Hubble, докладывались на встрече Американского Астрономического Общества. Несколько исследовательских групп измерили массы черных дыр, другие группы занимались исследованием движения звезд вблизи центра галактик

     Определение размеров черной дыры

     На 20-ом симпозиуме Техаса в янкаре 2001 года по релятивистской астрофизике астрономы из университета Остина Karl Gebhardt и John Kormendy продемонстрировали, что два метода, использующиеся для измерений масс близлежащих черных дыр, могут использоваться также и для вычисления размеров наиболее удаленных квазаров. Использование этих методов может дать астрономам возможность получения большей информации о росте черных дыр и формировании галактик.

В настоящее время астрономам известны 38 черных дыр. 13 из них обнаружил Gebhardt и шесть - Kormendy. Масса сверхмассивной черной дыры превышает массу Солнца от одного миллиона до одного миллиарда раз. Такие черные дыры располагаются в центрах галактик. Поскольку они невидимы, их поиск и изучение основаны на наблюдениях перемещений звезд, вращающихся вокруг них. Считается, что квазары, чрезвычайно удаленные астрономические объекты, содержат в центре сверхмассивные черные дыры, которые активно поглащают окружающие их звезды и газ.

Проведенные до сих пор прямые измерения сверхмассивных черных дыр в 38 галактиках были основаны на наблюдениях за вращением и скоростями звезд и газа около центров этих галактик. Такие измерения требуют высокого пространственного разрешения, такого, какое способен обеспечить пока только космический телескоп Hubble.

Но этот тип измерений дает хорошие результаты только для близлежащих галактик. Квазары слишком далеки, чтобы применять к ним эти прямые методы. Поэтому астрономы вынуждены полагаться на физические модели областей, лежащих вблизи черных дыр, чтобы измерить их массы. Недостатком этого метода является то, что существует много неопределенностей в физике квазаров. Сейчас разработаны два метода для измерения масс черных дыр, располагающихся в квазарах. Оба они включают неопределенность.

Первый из методов основан на изменчивости квазаров и на том факте, что вокруг каждой сверхмассивной черной дыры обращаются огромные газовые облака. По мере того как изменяется энергия, излучаемая черной дырой, изменяется и яркость излучения вращающихся вокруг нее газовых облаков. Поскольку свет перемещается с конечной скоростью, изменения яркости газовых облаков видны позже, чем изменения яркости центрального источника излучения. Разница во времени позволяет вычислить, как далеко от черной дыры располагаются облака газа. Скорость, с которой облака обращаются вокруг черной дыры, также может быть измерена. Взятые вместе эти измерения позволяют получить массу черной дыры. Однако не существует способа проверить эти данные, и некоторые из свойств газовых облаков, принимаемые в данной модели, вызывают сомнения.

Вторая модель вызывает еще большие сомнения. До сих пор большинство специалистов не доверяет данным, полученным на основе таких методов вычисления масс черных дыр. Тем не менее астрономы из университета Остина показали, что данные, получаемые этими методами, соответствуют обнаруженной недавно зависимости между массами черных дыр и массами галактик

     Чёрные дыры вращаются вокруг своей оси

     Астрономы получили наблюдательные подтверждения того, что некоторые чёрные дыры вращаются вокруг своей оси, подобно водоворотам.

Tod Strohmayer (NASA's Goddard Space Flight Center) исследовал одну из двойных систем с чёрной дырой с помощью орбитального телескопа Rossi X-ray Timing Explorer и нашёл необычные детали в рентгеновском излучении этой системы, которые раньше были видны только у вращающихся нейтронных звёзд. Следовательно, чёрные дыры, как и нейтронные звёзды, могут вращаться вокруг своей оси. Strohmayer представил результаты своих исследований на Весенней Конференции Американского Физического Общества в Вашингтоне.

"Мы видим, что почти все космические объекты вращаются вокруг своих осей, это и планеты, и звёзды, и галактики," - говорит Strohmayer. "С чёрными дырами - сложнее, очень трудно непосредственно увидеть, что они вращаются, так как у них нет твердой поверхности, по которой можно было бы отметить вращение. Мы можем, однако, видеть свет, излучённый веществом, падающим на чёрную дыру. Вещество очень быстро вращаетя вокруг чёрной дыры, прежде чем исчезнуть в ней навсегда."

Рентгеновский телескоп Rossi X-ray Timing Explorer, запущенный на орбиту в декабре !995 года, помог обнаружить новый тип мерцаний в рентгеновском излучении от нейтронных звёзд. Причиной этих мерцаний, названных квазипериодическими осцилляциями (КПО), является очень горячий газ, вращающийся вокруг нейтронной звезды по очень близкой, последней устойчивой орбите.

Объектом исследований Strohmayer был источник GRO J1655-40, микроквазар, расположенный на расстоянии 10000 световых лет от Земли. Микроквазар - это специфический вид чёрной дыры со струями сильно релятивистских частиц, вылетающих перпендикулярно плоскости, в которой вращается окружающий чёрную дыру газовый диск.Strohmayer обнаружил две КПО - на частотах 300 и 450 герц.

Масса чёрной дыры была определена ранее по оптическим наблюдениям GRO J1655-40 и составляет семь масс Солнца. "Вращающаяся чёрная дыра изменяет пространство вблизи себя" - говорит Strohmayer. "Вращение позволяет веществу двигаться по более близкой орбите и с большей скоростью по сравнению с отсутствием вращения. Для чёрной дыры в GRO J1655-40 мы можем сейчас утверждать, что единственный способ образовать осцилляции с частотой 450 герц - это вращение"

     Внутренний край аккреционного диска вокруг чёрной дыры

     С помощью четырёх космических обсерваторий NASA астрономы показали, что внутренний край аккреционного диска вокруг чёрной дыры расположен намного дальше от неё по сравнению с теоретическими предсказаниями. Это даст возможность лучше понять как высвобождается энергия, когда газ аккреционного диска, закручиваясь по спирали, падает на чёрную дыру.

18 апреля 2000 года Hubble Space Telescope и Extreme Ultraviolet Explorer наблюдали ультрафиолетовое излучение от объекта под названием XTE J1118+480, который представляет собой чёрную дыру массой в 7 масс Солнца, входящую в тесную двойную систему вместе с солнцеподобной звездой. Одновременно, орбитальный рентгеновский телескоп Rossi X-ray Timing Explorer наблюдал жёсткое рентгеновское излучение от вещества, падающего на чёрную дыру, а рентгеновская обсерватория Chandra проводила наблюдения в диапазоне между ультрафиолетом и жёстким рентгеном для того, чтобы связать все данные вместе.

"Объединив наблюдения XTE J1118+480 в разных диапазонах, мы получили первое чёткое доказательство того, что аккреционный диск может заканчиваться очень далеко от чёрной дыры," - говорит Jeffrey McClintock (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), руководитель наблюдений на Chandra. "Данные показывают, что этот аккреционный диск простирается к горизонту событий чёрной дыры не ближе, чем на 600 миль, что намного больше ожидавшихся 25 миль". Учёные считают, что аккреционный диск исчезает вблизи чёрной дыры вследствие превращения вещества диска в горячий пузырь газа.

Вещество, вытягиваемое чёрной дырой из звезды-компаньона, может образовать плоскую, блиноподобную структуру, называемую "аккреционным диском". Вещество движется по спирали к внутреннему краю аккреционного диска, сильно ускоряется и нагревается под влиянием очень мощной гравитации чёрной дыры, и вследствие этого излучает в рентгеновском диапазоне. Исследуя это излучение, учёные могут определить, насколько близко к чёрной дыре простирается аккреционный диск.

Многие астрономы согласны с тем, что когда темп переноса вещества на чёрную дыру очень высок, то вутренний край диска может находиться на расстоянии около 25 миль от горизонта событий - поверхности, изнутри которой вещество и свет "не возвращаетя", а падает на чёрную дыру. Однако, у астрономов не было единого мнения о том, насколько близок диск к чёрной дыре при малом темпе аккреции вещества.

"Прорыв произошел, когда орбитальная обсерватория Chandra не обнаружила рентгеновское излучение, ожидавшееся при расстоянии в 25 миль между диском и чёрной дырой," - говорит астрофизик Ann Esin (Caltech). "Это представляет фундаментальную проблему для моделей, в которых аккреционный диск очень близок к чёрной дыре."

Hosted by uCoz