4 Июня 2019

Наблюдение Сверхмассивных Чёрных Дыр

Опубликовал Н.А. Рыков

Подобно тому, как обнаруживают соседний дом, который считался предположительно пустующим, но по факту оказывался заселенным, за последнее десятилетие исследователи поняли, что большинство галактик имеют, по крайней мере, одну черную дыру в своих центральных районах.  Но эти черные дыры не являются звездным разнообразием, они в разы превосходят массу нашего Солнца. Их размеры забивают воображение - в них миллионы, а иногда и миллиарды солнечных масс.  Даже наша домашняя галактика, Млечный Путь, имеет в своем центре черную дыру из четырех миллионов солнечных масс, расположенную примерно в 27 000 световых лет от Земли. 

Теперь мы также знаем, что сверхмассивные черные дыры неумолимо связаны с галактиками, которые их окружают.

 Например, размер сверхмассивной черной дыры, кажется, имеет прямую корреляцию с галактикой, где она существует.  Почти 10 лет назад исследователи подсчитали, что масса сверхмассивной черной дыры, по-видимому, имеет постоянное отношение к массе центральной части ее галактики, известной как ее выпуклость (вспомните желток в яичнице).  Это соотношение от 1 до 700 подтверждает мнение, что эволюция и структура галактики тесно связаны с масштабом её черной дыры.

 Другие исследования обнаружили еще одну сильную корреляцию. На этот раз между массой сверхмассивной черной дыры и орбитальной скоростью звезд во внешних областях их галактики, где прямое гравитационное влияние сверхмассивной черной дыры должно быть слабым: чем больше черная дыра, тем быстрее движутся внешние звезды.

 Таким образом, теперь считается, что черные дыры не только распространены по всему Космосу, но и играют фундаментальную роль в формировании и эволюции Вселенной, в которой мы живем сегодня.

А совсем недавно, астрономы из Принстонского университета обнаружили 83 квазара, питаемых сверхмассивными черными дырами в отдалённых частях Вселенной.

«Примечательно, что такие массивные плотные объекты смогли сформироваться так быстро после Большого взрыва», - сказал Майкл Стросс, профессор астрофизических наук в Принстонском университете, который является одним из соавторов исследования.  «Понимание того, как черные дыры могут образовываться в ранней Вселенной, и насколько они распространены, является испытанием для наших космологических моделей».

Как сверхмассивные чёрные дыры распространены сегодня, не ясно, также как и когда они впервые сформировались, и сколько их существовало в далекой ранней Вселенной.  Сверхмассивная черная дыра становится видимой, только когда газ оседает на ней, вызывая сияние, словно от «квазара».  Предыдущие исследования были сфокусированы только на очень редких, наиболее светящихся квазарах и, следовательно, на самых массивных черных дырах.  Новые открытия исследуют популяцию более слабых квазаров, приводимых в действие черными дырами с массами, сопоставимыми с большинством черных дыр, наблюдаемых в современной Вселенной.

Исследовательская группа использовала данные, полученные с помощью самого современного прибора «Hyper Suprime-Cam» (HSC), установленного на телескопе Subaru Национальной астрономической обсерватории Японии, который находится на вершине горы Маунакеа на Гавайях.  Команда HSC исследует небо в течение 300 ночей телескопического времени, рассчитанного на 5 лет.

Команда выбрала отдаленных кандидатов на квазар, основываясь на конфиденциальных данных опроса HSC.  Затем они провели интенсивную наблюдательную кампанию, чтобы получить спектры этих кандидатов, используя три телескопа: телескоп Subaru;  Gran Telescopio Canarias на острове Ла-Пальма на Канарских островах, Испания;  и Телескоп Джемини в Чили.  Опрос выявил 83 неизвестных ранее очень далеких квазара.  Вместе с 17 квазарами, уже известными в регионе исследования, исследователи обнаружили, что на кубический гига-световой год приходится примерно одна сверхмассивная черная дыра - иными словами, если вы разделите Вселенную на воображаемые кубы, которые находятся на миллиарде световых лет, каждый из них будет содержать одну сверхмассивную черную дыру.

Образцы квазаров в этом исследовании находятся на расстоянии около 13 миллиардов световых лет от Земли;  другими словами, мы видим их такими, какими они были 13 миллиардов лет назад.  Поскольку Большой взрыв произошел 13,8 миллиардов лет назад, мы эффективно "возвращаемся" назад во времени, наблюдая за этими квазарами и сверхмассивными черными дырами, которые появились только через 800 миллионов лет после создания (известной) Вселенной.

Широко признано, что водород во Вселенной когда-то был нейтральным, но был «реионизирован» - расщеплен на составляющие его протоны и электроны - примерно в то время, когда первое поколение звезд, галактик и сверхмассивных черных дыр появилось на свет (через  100 миллионов лет после Большого взрыва).  Это веха космической истории, но астрономы до сих пор не знают, что дало невероятное количество энергии, необходимой для реионизации.  Убедительная гипотеза предполагает, что в ранней Вселенной было гораздо больше квазаров, чем было обнаружено ранее, и именно их интегрированное излучение реионизировало Вселенную.

«Однако число квазаров, которые мы наблюдали, показывает, что это не так», - объяснил Роберт Люптон, доктор философии 1985 года, выпускник Принстона, который является старшим научным сотрудником в области астрофизических наук.  «Число увиденных квазаров значительно меньше, чем необходимо для объяснения реионизации». Следовательно, реионизация была вызвана другим источником энергии, скорее всего, многочисленными галактиками, которые начали формироваться в ранней Вселенной.

Описанное здесь исследование стало возможным благодаря ведущим в мире способностям съемки Subaru и HSC.  «Квазары, которые мы обнаружили, будут интересным предметом для дальнейших наблюдений с нынешними и будущими объектами», - сказал Йошики Мацуока, бывший доктор наук из Принстона, ныне работающий в университете Эхимэ в Японии, который руководил исследованием.  «Мы также узнаем о формировании и ранней эволюции сверхмассивных черных дыр, сравнивая измеренную плотность числа и распределение светимости с предсказаниями теоретических моделей».

Основываясь на результатах, достигнутых к настоящему времени, команда с нетерпением ожидает обнаружения еще более далеких черных дыр и ответов на вопрос: Когда во Вселенной появилась первая сверхмассивная черная дыра?

Контакты института

Пн-Вс 8:00 - 19:00

undefined

Ближайшие события

Все события
Новые книги

Свежие новости

Читать все новости