Автор: Денис Аветисян

Новые наблюдения в рентгеновском и радиодиапазонах позволяют исследовать природу активных галактических ядер и выявить супермассивные черные дыры, смещенные от центров своих галактик.

Наблюдения, выполненные в рентгеновском диапазоне (0.5-7 кэВ) для галактик, содержащих компактные радиоисточники, демонстрируют приблизительное соответствие между положением рентгеновских источников и радиоизлучения, указывая на общую природу этих явлений, несмотря на незначительные расхождения в центроидах.

Исследование объединяет данные рентгеновских и оптических телескопов Chandra и HST для изучения активных ядер в карликовых галактиках и поиска 'блуждающих' сверхмассивных черных дыр.

Несмотря на значительный прогресс в изучении активных галактических ядер, происхождение сверхмассивных черных дыр и механизмы их перемещения остаются предметом дискуссий. В работе «Chandra и HST наблюдения радиоизбранных (блуждающих) кандидатов в сверхмассивные черные дыры в карликовых галактиках» представлены результаты многоволнового анализа двенадцати карликовых галактик, потенциально содержащих активные ядра, восемь из которых демонстрируют внецентроположение и могут являться блуждающими черными дырами. Полученные данные указывают на неоднородность исследуемых объектов, с пятью радиоисточниками, идентифицированными как активные ядра в рентгеновском и оптическом диапазонах, и нечетким статусом оставшихся кандидатов. Возможно ли однозначно установить, являются ли оставшиеся радиоисточники блуждающими черными дырами или фоновыми активными ядрами, и какие факторы определяют их распределение в карликовых галактиках?

Карликовые Галактики: Зеркало Рождения Сверхмассивных Чёрных Дыр

Понимание происхождения сверхмассивных чёрных дыр – фундаментальная задача астрофизики. Карликовые галактики предоставляют уникальную платформу для её решения благодаря своей относительно простой структуре. Традиционные исследования чёрных дыр фокусируются на массивных галактиках, однако эти системы сложны и затрудняют выделение ключевых процессов. Карликовые галактики позволяют изучать зародыши чёрных дыр и их ранний рост, что может пролить свет на то, как сверхмассивные чёрные дыры появились во Вселенной. Анализ спектрографических данных, полученных с помощью Palomar DBS, выявил узкие эмиссионные линии в карликовой галактике со смещением z=0.034, свидетельствующие об активных процессах в её ядре.

Спектр, полученный с помощью Palomar Double Spectrograph (DBS), демонстрирует наличие узких эмиссионных линий в карликовой галактике со смещением в z=0.034, а также другой набор эмиссионных линий со смещением в z=0.761, вероятно, исходящих от фонового активного ядра галактики, связанного с радиоисточником.

Дополнительный набор эмиссионных линий со смещением z=0.761 предположительно исходит от фонового активного ядра галактики, связанного с радиоисточником. Изучение подобных систем позволяет оценить вклад различных механизмов в рост чёрных дыр и уточнить модели их формирования. Помните, каждая теория может исчезнуть в горизонте событий.

Многоволновая Диагностика: В Поисках Активных Ядер

Идентификация активных чёрных дыр в карликовых галактиках требует комплексного подхода, сочетающего наблюдения в радио-, оптическом и рентгеновском диапазонах. Каждый диапазон раскрывает различные аспекты явления. Радиоизлучение от активных галактических ядер (AGN) эффективно регистрируется при помощи VLA, оптические аналоги – космическим телескопом Хаббл, что позволяет точно определить их положение. Наблюдения с рентгеновской обсерваторией Chandra критически важны для обнаружения рентгеновского излучения – ключевого признака аккрецирующих чёрных дыр. Установленные значения рентгеновской светимости для обнаруженных источников варьируются от 10⁴0 до 10⁴2 эрг/с, подтверждая наличие активного ядра.

Трехцветные изображения, полученные с помощью космического телескопа Хаббл, показывают, что компактные радиоисточники (обозначены белыми/черными окружностями радиусом 0.′′25) и рентгеновские источники (желтые окружности радиусом 0.′′5) примерно совпадают по положению в галактиках IDs 26, 64, 82, 83 и 92, при этом волокна SDSS (красные окружности диаметром 3.′′0) также расположены вблизи этих источников.

Совпадение положений компактных радиоисточников и рентгеновских источников в галактиках IDs 26, 64, 82, 83 и 92 подтверждает связь между этими излучениями и активностью сверхмассивных чёрных дыр в ядрах карликовых галактик. Близость волокон SDSS к этим источникам указывает на возможное влияние активного ядра на окружающую среду галактики.

Блуждающие Чёрные Дыры: Нарушение Космического Порядка

В то время как большинство галактик содержат сверхмассивную чёрную дыру в центре, появляются доказательства существования чёрных дыр, смещённых от центра – так называемых «блуждающих чёрных дыр». Это явление ставит под сомнение традиционное представление о расположении чёрных дыр в галактиках и требует пересмотра моделей их формирования и эволюции. Идентификация этих смещенных чёрных дыр требует высокоразрешающих радио-наблюдений, таких как те, что предоставляет Очень длиннобазовая интерферометрия (VLBA). VLBA позволяет точно определить местоположение радиоисточника, что критически важно для подтверждения внецентренного расположения чёрной дыры. Анализ данных VLBA позволяет установить точные координаты и оценить параметры радиоизлучения, связанные с активностью чёрной дыры.

Обнаружение как радио-, так и рентгеновского излучения из внецентренных местоположений убедительно свидетельствует о существовании блуждающей чёрной дыры. Наблюдения накладывают ограничения на возможные массы звёздных скоплений, которые могут содержать блуждающие чёрные дыры с массой менее 10⁶.2 M⊙. Это указывает на то, что блуждающие чёрные дыры, вероятно, образовались в результате динамических взаимодействий в плотных звёздных средах.

Эволюция Галактик: Звёздообразование и Влияние Чёрных Дыр

Связь между активностью чёрных дыр и формированием звёзд – ключевая область исследований. Карликовые галактики предоставляют уникальную лабораторию для её изучения, позволяя получить представление о процессах, происходящих в более крупных галактиках на ранних стадиях эволюции, когда чёрные дыры оказывали большее влияние на формирование звёзд. Спектроскопия Palomar DBS позволяет проводить анализ, идентифицируя области интенсивного звездообразования – внегалактические вспышки звездообразования – в карликовых галактиках. Выделение областей вспышек позволяет определить скорость звездообразования и оценить вклад чёрных дыр в регулирование этого процесса. В одной из исследуемых галактик с высокой скоростью звездообразования зафиксировано поглощение в линии Hα равное 1.85m.

Сопоставление местоположения областей вспышек звездообразования с присутствием активных чёрных дыр позволяет получить представление о том, как обратная связь от чёрных дыр влияет на формирование звёзд и эволюцию галактик. Анализ показывает, что обратная связь от активных чёрных дыр может подавлять или стимулировать звездообразование в зависимости от различных факторов. Кажется, мы видим лишь отблески этих процессов, и горизонт событий скрывает истинную картину.

Исследование, представленное в данной работе, стремится понять природу активных галактических ядер в карликовых галактиках. Этот поиск, требующий сочетания радио-, оптических и рентгеновских наблюдений, подчеркивает хрупкость наших представлений о вселенной. Как однажды заметил Игорь Тамм: «Всё, что мы называем законом, может раствориться в горизонте событий». Действительно, обнаружение блуждающих сверхмассивных черных дыр за пределами центров галактик ставит под сомнение устоявшиеся модели формирования и эволюции галактик, напоминая о том, что даже самые фундаментальные принципы могут оказаться неполными перед лицом новых открытий. Понимание этих процессов требует не только новых данных, но и готовности пересмотреть существующие парадигмы.

Что Дальше?

Настоящее исследование, объединяющее радио-, оптические и рентгеновские наблюдения карликовых галактик, открывает новые возможности для изучения активных галактических ядер и сверхмассивных чёрных дыр. Однако, следует признать, что любые упрощения в моделях, необходимые для обработки огромного объёма данных, требуют строгой математической формализации. В противном случае, мы рискуем увидеть лишь иллюзорные закономерности, отражающие не свойства Вселенной, а недостатки наших методов. Идея о "скитающих" чёрных дырах, вырвавшихся из центров галактик, остаётся интригующей, но требует дальнейшей проверки с использованием более чувствительных инструментов и переосмысления существующих теоретических рамок.

Излучение Хокинга, демонстрирующее глубокую связь термодинамики и гравитации, подсказывает, что чёрная дыра – это не просто объект, а зеркало нашей гордости и заблуждений. Любая теория, которую мы строим, может исчезнуть в горизонте событий, если не учитывать всю сложность физических процессов. Будущие исследования должны быть направлены на более точное определение характеристик активных ядер в карликовых галактиках, а также на разработку новых методов анализа данных, способных выявить даже самые слабые сигналы.

В конечном счёте, поиск "скитающих" чёрных дыр – это не только астрономическая задача, но и философский вызов. Он заставляет задуматься о природе гравитации, о роли чёрных дыр в эволюции галактик и о пределах нашего познания. И возможно, самый главный вопрос заключается не в том, что мы видим, а в том, как мы интерпретируем увиденное.

Оригинал статьи: avetisyanfamily.com/bluzhdayushhie-chyornye-dyry-novye-otkrytiya-v-karlikovyh-galaktikah

Связаться с автором: linkedin.com/in/avetisyan

Туманность в соседней галактике создана двумя сверхновыми

Туманность 30 Doradus B расположена на расстоянии 160 тысяч световых лет от Земли в Большом Магеллановом облаке — небольшой галактике-спутнике Млечного Пути. Она является частью куда более крупного комплекса, известного под названием туманность Тарантула. Это обширная область ионизированного водорода, где последние 8 – 10 млн лет активно формируются новые звезды.

В рамках нового исследования 30 Doradus B, астрономы объединили рентгеновские данные телескопа Chandra (фиолетовый цвет), оптические данные 4-метрового телескопа Виктора Бланко (оранжевый и голубой) и инфракрасные данных телескопа Spitzer (красный). К ним также были добавленные данные телескопа Hubble в черно-белом цвете, чтобы выделить резкие черты на изображении.

В результате ученым удалось получить наиболее детальное изображение туманности в истории. Его анализ выявил наличие слабой оболочки, которая является источником рентгеновского излучения. Ее диаметр составляет около 130 световых лет. Для сравнения, ближайшая к Солнцу звезда находится на расстоянии около 4 световых лет. Данные Chandra также показали наличие заряженных частиц, испускаемых пульсаром.

Сопоставив эти данные с результатами наблюдений других телескопов, исследователи пришли к выводу, что один взрыв сверхновой не может объяснить увиденное. И пульсар, и яркое рентгеновское излучение в центре 30 Doradus B, скорее всего, появились в результате коллапса массивной звезды, случившегося около 5 тысяч лет назад. Однако более крупная тусклая рентгеновская оболочка слишком велика, чтобы быть результатом взрыва той же сверхновой.

Вместо этого команда считает, что в 30 Doradus B произошло как минимум два вспышки сверхновых, причем рентгеновская оболочка была образована другой сверхновой взорвавшейся более 5 тысяч лет назад. Вполне возможно, что в прошлом их было еще больше. Этот результат может помочь астрономам узнать больше о жизни и смерти массивных звезд.

NASA может урезать бюджеты «Хаббла» и Chandra

NASA рассматривает возможность уменьшения бюджетов двух своих крупнейших космических телескопов «Хаббла» и Chandra. Это связано с более масштабным сокращением расходов на астрофизические программы.

Соответствующее заявление было сделано Марком Клэмпином — директором астрофизического подразделения NASA. Выступая 13 октября в Комитете по астрономии и астрофизике Национальной академии наук США он заявил, что организация изучает возможность сокращения бюджетов рентгеновской обсерватории Chandra и космического телескопа «Хаббл».

По словам Клэмпина сложившаяся ситуация связана с договоренностью, достигнутой летом 2023 года между американским Конгрессом и Белым домом, о повышении потолка госдолга в обмен на ограничение расходов. Согласно ней, все расходы на необоронные нужды на 2024 год (в том числе и бюджет NASA), останутся на уровне 2023 года, с увеличением лишь на 1% в 2025 году.

Это соглашение поставило NASA в очень непросто положение, ибо на фоне необходимости реализации весьма дорогостоящей программы Artemis, организация очень рассчитывала на увеличение финансирования. В реальности же ей пришлось отложить реализацию ряда программ и начать сокращения расходов на различные сферы исследований.

Теперь эти сокращения добрались и до астрофизики. В своем бюджетном предложении на 2024 финансовый год NASA запросило 93,3 млн долларов для «Хаббла» и 68,7 млн долларов для Chandra, что примерно соответствовало бюджетам прошлых лет. В совокупности это составляет немногим более 10% от общего бюджета на астрофизику.

Однако теперь аэрокосмическая администрация рассматривает возможность сокращения трат на поддержание их работы. Ситуация усугубляется тем, что «Хаббл» и Chandra одни из старейших телескопов NASA. «Хаббл» был запущен в 1990 году, а Chandra — в 1999 году. Эксплуатация последнего с каждым годом становится все сложнее. Это связано с тем, что изоляция на внешней поверхности космического аппарата постепенно разрушается, что приводит к его нагреву, который мешает научным наблюдениям.

В мае следующего года NASA планирует провести два «мини-обзора» этих миссий, чтобы решить, следует ли продлевать срок их службы и каким образом. При этом, во время прошлогоднего обзора в области астрофизики оба телескопа были фактически исключены из этого списка. Тогда речь шла о том, как можно увеличить их эффективность, а не стоит ли продлевать сами миссии.

По словам Клэмпина, все сэкономленные от использования Chandra и «Хаббла» средства пойдут на другие приоритетные задачи в области астрофизики, в том числе и разработку следующих космических телескопов. Однако на данный момент еще рано говорить о том, какими именно окажутся сокращения. Это будет зависеть от того, сколько именно денег получит NASA. Конгресс пока еще не утвердил законопроект о финансировании организации на следующий год.

Chandra показал расширение туманность Гомункул

Используя данные, собранные космическими телескопами Chandra, Hubble и XMM-Newton, астрономы создали видео, посвященное последствиям «Великой вспышки» системы Эта Киля. Оно демонстрирует как материал звездного извержения, произошедшего 180 лет назад , продолжает разлетаться по космосу со скоростью 1250 км/с.

Эта Киля является одной из самых известных переменных в истории астрономии. Она состоит из двух массивных звезд. Масса одной из них в 90 раз, а в другой в 30 раз превышает солнечную. В начале XIX века блеск Эта Киля начал быстро увеличиваться. К 1843 году она стала второй по яркости звездой на ночном небе после Сириуса. Астрономы назвали это событие «Великой вспышкой». Однако блистала она недолго — уже через несколько лет яркость звезды стала уменьшаться. Сейчас она находится на грани видимости невооруженным глазом.

В XX веке астрономы обнаружили, что Эта Киля окружена биполярной туманностью, получившей название Гомункул. Она состоит из вещества, выброшенного звездой во время «Великой вспышки». Сейчас считается, что в ходе тех событий звезда выбросила массу в 10 – 45 раз превышающую солнечную.

Туманность Гомункул все еще расширяется, что демонстрируют сделанные в разные годы ее снимки. Исследователи из NASA решили визуализировать этот процесс. Для этого они использовали снимки, сделанные рентгеновским телескопом Chandra в период с 1999 по 2020 год. Изображения были дополнены данными, собранными орбитальными обсерваториями Hubble и XMM-Newton.

Видео демонстрирует процесс постепенного изменения формы туманности Гомункул. На нем также можно увидеть окружающее ее рентгеновское кольцо (оранжевый цвет), которые было открыто примерно пятьдесят лет тому назад. В его центре находятся две массивные звезды системы (голубой цвет). Они являются мощным источником рентгеновского излучения и находятся слишком близко друг к другу, чтобы их можно было увидеть по отдельности.В ходе наблюдений, Chandra также обнаружил слабую рентгеновскую оболочку, расположенную за пределами туманности. Поскольку они имеет схожую форму и ориентацию, исследователи пришли к выводу, что обе структуры имеют общее происхождение. Предполагается, что это материал, который был выброшен звездой в промежутке между 1200 и 1800 годами. Когда взрывная волна от «Великого извержения» достигла его, он нагрелся и засветился в рентгеновском диапазоне.

Chandra помог оценить опасность сверхновых

Используя данные, собранные обсерваторией Chandra и другими телескопами, астрономы идентифицировали новую угрозу для жизни на землеподобных планетах. Речь об интенсивном рентгеновском излучении, производимом сверхновыми звездами. Оно способно стерилизовать планеты, расположенные в радиусе 100 световых лет от места взрыва.

Сверхновые представляют собой одно из наиболее ярких событий во Вселенной. В ходе их взрыва выделяется столько же энергии, сколько наше Солнце производит за все время своей жизни. Разумеется, столь мощный катаклизм не может не оказать влияния на близлежащие планеты

До недавнего времени все научные работы на эту тему сосредотачивались на двух основных аспектах: интенсивном излучении, производимом сверхновой в первые дни и месяцы после взрыва, а также заряженных частицах, которые затем будут бомбардировать их в течение последующих сотен и тысяч лет. Однако в ходе нового исследования астрономы сделали акцент на прежде малоизученном факторе: рентгеновских лучах.

Команда ученых из NASA проанализировала данные о 31 сверхновой, собранные телескопами Chandra, Swift, NuSTAR и XMM-Newton. Их интересовал вопрос о том, как их рентгеновское излучение может повлиять на атмосферу напоминающей Землю планеты. Исследование показало, что в течение нескольких лет оно может уничтожить большую часть озонового слоя, что приведет к резкому увеличению достигающего поверхности опасного ультрафиолетового излучения. Оно может спровоцировать гибель большого количества видов (особенно морских), что приведет к разрушению пищевых цепочек и глобальному вымиранию.

Кроме того, комбинация из рентгеновских лучей и возросшего уровня ультрафиолета способна привести к формированию в атмосфере планеты большого количества ядовитого оксида азота. В результате, она покроется так называемой коричневой дымкой, что приведет к массовой гибели растений. Исследование показало, что подобные последствия угрожают планетам, находящимся в радиусе 100 – 160 световых лет от сверхновой.

По словам ученых, в настоящее время наша Солнечная система находится в безопасной зоне и на близком расстоянии от нее нет звезд, которые в обозримом будущем станут сверхновыми. В то же время, изучение осадочных отложений говорит о том, что в промежутке от 2 до 8 млн лет назад рядом с нашей планетой взорвалась сверхновая. По разным оценкам, она находилась на расстоянии от 65 до 500 световых лет от Земли. Также стоит отметить, что результаты исследования могут привести к серьезной переоценке галактических регионов, благоприятных для возникновения жизни.

NASA опубликовало новое, весьма впечатляющее изображение остатка сверхновой Кассиопея А. Оно было составлено на основе данных, собранных космическими обсерваториями IXPE, Chandra и «Хаббл».

Кассиопея А расположена на расстоянии 11 тысяч световых лет от Земли и представляет собой один из наиболее молодых остатков сверхновых в Млечном пути. Считается, что свет от ее вспышки должен был достичь нашей планеты где-то в конце XVII века. Однако в исторических хрониках нет никаких записей об этом событии. Существует предположение, что незадолго до взрыва звезда выбросила большое количество вещества. Оно плотно окутало ее и поглотило свет от вспышки.

Лишь в 1947 году астрономы обнаружили в созвездии Кассиопеи мощный радиоисточник, который позже был соотнесен с остатком сверхновой. В последующем его удалось идентифицировать и в оптическом диапазоне. Наблюдения показали, что вещество остатка имеет температуру около 30 млн градусов и расширяется со скоростью 4 - 6 тысяч км/с.

Благодаря близости к Земле и своей молодости, Кассиопея А является объектом пристального изучения со стороны многих астрономов и астрофизиков. В частности, их интересуют процессы формирования тяжелых элементов. Сверхновые часто называют звездными кузницами. В ходе процесса взрывного нуклеосинтеза в них образуются все химические элементы — от углерода до железа.

Кассиопея А была выбрана в качестве первой цели для наблюдений запущенного в конце прошлого года рентгеновского телескопа IXPE. В период с 11 по 29 января 2022 года он провел серию наблюдений остатка сверхновой. Благодаря своей возможности фиксировать поляризованное излучение, IXPE предоставил новые данные о строении магнитного поля Кассиопеи А. Оказалось, что его линии выровнены в радиальном, а не перпендикулярном направлении. Впоследствии данные IXPE были дополнены результатами наблюдений телескопов Chandra и «Хаббл». Это позволило создать новый портрет погибшей звезды.

https://www.nasa.gov/image-feature/ixpe-measures-exploded-st...

Летом 2022 года NASA показало первые снимки, сделанные телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST). Они мгновенно поразили внимание публики, попав в новостные ленты и украсив титульные страницы даже тех сайтов, что редко пишут про космос.

Но JWST не является эдаким «одиноким воином». Телескоп ведет наблюдения в тесной связке с множеством обсерваторий, работающих в других диапазонах электромагнитного спектра. Чтобы это продемонстрировать, NASA опубликовало серию снимков JWST, которые были дополнены данными рентгеновской обсерватории Chandra.

На первой фотографии запечатлен Квинтет Стефана — группа из пяти галактик, расположенных по направлению к созвездию Пегаса. Данные JWST (красный, оранжевый, желтый, зеленый и синий цвет) демонстрируют до этого неизвестные детали взаимодействия этих галактик, включая газовые хвосты и регионы активного звездообразования.

Данные Chandra (голубой цвет) показывают ударную волну, состоящую из разогретого до температуры в миллионы градусов газа. Она образовалась в результате прохождения одной из галактик через скопление. Фото также дополнено данными уже прекратившего свою работу инфракрасного телескопа Spitzer (красный, зеленый и синий цвет).

На второй фотографии можно увидеть галактику Колесо Телеги. Она приобрела свою характерную форму из-за столкновения с другой галактикой, произошедшего примерно 100 млн лет назад. Это событие привело к образованию ударной волны, которая уплотнила газовые облака, что спровоцировало вспышку звездообразования. В результате галактика обзавелась двумя яркими кольцами, состоящими из молодых светил.

Рентгеновские данные Chandra (голубой и розовый цвет) соответствуют горячему газу, остаткам сверхновых, нейтронным звездам и черным дырам. Инфракрасные данные JWST (красный, оранжевый, желтый, зеленый и синий) показывают очертания Колеса Телеги и двух ее спутников на фоне множества более далеких галактик.

Третья фотография посвящена галактическому скоплению SMACS 0723. Мы видим его таким, каким оно было 4,2 млрд лет назад — в эпоху, когда наша планета только-только сформировалась.

Данные JWST позволяют различить сотни индивидуальных галактик, входящих в состав скопления. Данные Chandra (голубой цвет) демонстрируют окружающее SMACS 0723 гигантское облако раскаленного газа, чья масса в 100 триллионов раз превышает солнечную. Это в несколько раз больше, чем суммарная масса всех входящих в состав скопления галактик.

Четвертый снимок посвящен Туманности Киля. Это расположенный на расстоянии 7600 световых лет от Земли регион активного звездообразования. Прямо сейчас в его недрах формируются новые светила и экзопланеты.

Поражающий воображение снимок JWST (красный, оранжевый, желтый, зеленый и синий цвет), демонстрирует нечто, напоминающее горный ландшафт. Эти причудливые газопылевые структуры сформировались в туманности под воздействием мощного ультрафиолетового излучения новорожденных звезд. Данные Chandra (розовый цвет) дополняют этот пейзаж дюжиной рентгеновских источников. Большинство из них соответствует новорожденным звездам, чей возраст составляет 1 – 2 млн лет.

https://chandra.si.edu/photo/2022/chandrawebb/