Астрономия и космос

Определено соотношения скрытых и видимых черных дыр

Многие сверхмассивные черные дыры невозможно увидеть с помощью современных технологий

Астрономы сделали еще один шаг вперед в поисках самых неуловимых гигантских объектов Вселенной: сверхмассивных черных дыр. Используя несколько телескопов НАСА, ученые получили более точную оценку соотношения скрытых и видимых черных дыр, тем самым проливая больше света на загадочные структуры, которые лежат в основе большинства галактик.

Сверхмассивные черные дыры могут весить в миллионы и в миллиарды раз больше Солнца. Однако многие из этих космических объектов скрыты за плотными облаками газа и пыли, что затрудняет их обнаружение.

Исследователи подсчитали, что в центре каждой крупной галактики находится сверхмассивная черная дыра. Однако определение общей их популяции является сложной задачей. Вместо этого ученые изучают меньшие выборки и экстраполируют результаты на большую популяцию.

Последнее исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, показало, что около 35% сверхмассивных черных дыр скрыты плотным газом и пылью, которые блокируют даже низкоэнергетическое рентгеновское излучение.

Это контрастирует с более ранними исследованиями, которые выявили менее 15% скрытых черных дыр. Ученые полагают, что истинное соотношение может приближаться к 50%, и это открытие может изменить теории о том, как галактики и черные дыры растут вместе.

Яркие монстры в темноте

Сверхмассивные черные дыры абсолютно темные, потому что никакой свет не может вырваться из их огромного гравитационного притяжения. Однако материя, вращающаяся вокруг черной дыры, ярко светится.

По мере того, как газ приближается по спирали к черной дыре, огромная гравитационная сила нагревает его до чрезвычайно высоких температур. Это заставляет газ светиться так ярко, что он может затмить все звезды в галактике.

Несмотря на эту яркость, свечение может быть скрыто, если черная дыра окружена толстым кольцом газа и пыли, называемым «тором». Тор напоминает бублик, в центре которого находится яркий центр. Видим ли мы черную дыру или нет, зависит от угла наклона этого тора.

Если смотреть прямо в «дырку от бублика», то видны яркие выбросы. Если смотреть с ребра, то тор блокирует большую часть света, а это значит, что черная дыра скрыта.

Плотный тор из газа и пыли, окружающий сверхмассивную черную дыру, показан на этой схеме. Тор может заслонять свет, который генерируется материалом, падающим в черную дыру. Наблюдения с помощью телескопов НАСА помогли ученым обнаружить больше таких скрытых черных дыр. © NASA/JPL-Caltech

Инфракрасные и рентгеновские телескопы

Для изучения этих скрытых черных дыр НАСА использовало данные, собранные в 1983 году инфракрасным астрономическим спутником (IRAS).

IRAS обнаружил инфракрасный свет, который испускается нагретым газом в торе, даже когда сама черная дыра была скрыта.

Телескоп NASA NuSTAR дополнил эти данные, обнаружив высокоэнергетическое рентгеновское излучение, способное проникать сквозь плотный газ и пыль.

Объединение данных с обоих телескопов позволило ученым обнаружить и изучить скрытые черные дыры с гораздо большей точностью и дало более четкое представление об этих космических гигантах.

Черные дыры и галактическая эволюция

Сверхмассивные черные дыры играют огромную роль в формировании того, как галактики растут и изменяются с течением времени. Когда материя оказывается слишком близко к сверхмассивной черной дыре, он закручивается в спираль и нагревается, создавая яркие выбросы энергии, которые могут повлиять на всю галактику.

Эта интенсивная энергия может регулировать образование новых звезд, либо запуская его посредством ударных волн, либо подавляя его посредством выдувания газа, необходимого для создания звезд.

По сути, черная дыра действует как космический правитель, контролируя, насколько будет активна или спокойна галактика в плане звездообразования.

Помимо звездообразования, сверхмассивные черные дыры также участвуют в формировании общей структуры и поведения своих галактик.

Сверхмассивная черная дыра, окруженная тором из газа и пыли, изображена в четырех различных длинах волн света
Сверхмассивная черная дыра, окруженная тором из газа и пыли, изображена в четырех различных длинах волн света. Видимый свет (вверху справа) и низкоэнергетические рентгеновские лучи (внизу слева) блокируются тором; инфракрасное излучение (вверху слева) рассеивается и переизлучается; а некоторые высокоэнергетические рентгеновские лучи (внизу справа) могут проникать сквозь тор. © NASA/JPL-Caltech

Они могут испускать мощные струи частиц (джеты) и излучения, которые простираются далеко за пределы ядра галактики, воздействуя на окружающую среду. Эти струи могут нагревать газ в галактике, не давая ему остывать и образовывать новые звезды, что влияет на размер и яркость галактики.

Кроме того, взаимодействие черной дыры и галактики может привести к росту центральной выпуклости галактики, делая ее более округлой и устойчивой.

«Если бы у нас не было черных дыр, галактики были бы намного больше», — отметил Пошак Ганди, соавтор исследования. «Без сверхмассивной черной дыры в Млечном Пути на небе могло бы быть гораздо больше звезд».

Почему все это имеет значение?

Исследование демонстрирует непреходящую важность данных, собираемых телескопами, даже спустя десятилетия после их работы. Объединяя наблюдения с помощью нескольких инструментов, действующих на разных длинах волн света, ученые могут обнаружить детали, которые один телескоп мог бы упустить.

«Меня поражает, насколько полезными оказались IRAS и NuSTAR для этого проекта, особенно несмотря на то, что IRAS начал работать более 40 лет назад», — сказал ведущий автор исследования Питер Бурман из Калифорнийского технологического института.

IRAS предоставил критически важные инфракрасные данные, в то время как более современный телескоп NuSTAR добавил дополнительные рентгеновские наблюдения. Вместе эти инструменты создали более полную картину скрытых сверхмассивных черных дыр.

Используя эти инструменты и методы, ученые получают более глубокое представление о том, как скрытые черные дыры влияют на рост галактик и, в конечном итоге, на структуру Вселенной.

Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal.

Поделиться в соцсетях
Дополнительно
JPL NASA
Показать больше
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Back to top button