Найдена самая древняя черная дыра во Вселенной
Астрономы обнаружили сверхмассивную черную дыру, которая считается самой древней. Она появилась спустя всего 690 миллионов лет после Большго взрыва. На тот момент Вселенная сформировалась всего на 5% от своего нынешнего состояния, сообщила «Газета.ru».
Масса черной дыры равняется 800 миллионам масс Солнца. Ее открыли при помощи Магелланова телескопа в обсерватории в Чили, большого бинокулирного телескопа в Аризоне и телескопа обсерватории Джемини на Гавайях.
Квазар и его черная дыра, расположенные в 13,1 миллиарда световых лет от Солнечной системы, названы ULAS J1342+0928. До их обнаружения самыми древними считалась пара ULAS J1120+0641. Эти квазар и черная дыра появились через 750 миллионов лет после Большого взрыва и находятся в 13,04 миллиарда световых лет от нашей планеты.
Почему черная дыра достигла подобных размеров так быстро, ученые пока затрудняются объяснить. Ее изучение может помочь собрать больше сведений о росте областей и их влиянии на космос.
Астрономы берут в расчет и тот факт, что черная дыра появилась в период реионизации. Тогда свет распространился в пространстве благодаря охлаждению горячих ионов, наполнявших Вселенную. В результате этого процесса стал образовываться водород.
Из некоторых проведенных исследований можно сделать выводы о том, что появление черных дыр и вызвало реионизацию.
NASA зафиксировало странное явление во Вселенной, которое может в корне изменить представление ученых о происхождении черных дыр. Из области, которую не могут покинуть даже кванты цвета, вырвалось нечто, обладающее колоссальной энергией.
Источник
Как во Вселенной появились самые первые черные дыры?
Если говорить в общем смысле, во Вселенной существует два вида черных дыр. Первый – это черные дыры звездной массы и относительно небольшого размера. Они рождаются в результате гибели старых звезд. Притягивая с помощью гравитации и поглощая газ, другие звезды и прочую материю космоса они превращаются в сверхмассивные черные дыры (второй вид) – существенно более крупные и массивные объекты. Ученые считают, что сверхмассивные черные дыры первыми появились во Вселенной. Но как это могло произойти, если долгое время в ранней Вселенной не было звезд, из которых они могли родиться?
Как выглядят сверхмассивные черные дыры?
Взгляните на картинку выше. На ней показана одна из самых больших (сверхмассивных) черных дыр в нашей Вселенной. Посмотрите, как на ее фоне выглядят размеры орбит Нептуна (самой дальней планеты Солнечной системы) и орбиты Земли. В астрономии расстояния принято считать световыми годами, месяцами, неделями, сутками, часами и минутами. Если кратко – это все расстояния, которые проходит свет за один земной год (месяцы, недели и так далее).
Ее масса составляет 14% от массы всей галактики, в которой она находится. Это миллиарды солнечных масс.
На то, чтобы набрать миллионы и миллиарды солнечных масс, которыми могут похвастаться многие аналогичные сверхмассивные черные дыры, может уйти очень много времени. Тем не менее, уже находились черные дыры, которые появились удивительно рано. Известны такие объекты, которые появились спустя 800 и даже 690 миллионов лет после Большого взрыва, когда звезд во Вселенной было еще очень мало.
Как появились первые черные дыры во Вселенной?
Сложно понять, как они могли образоваться и вырасти за столь короткий срок. Эта загадка остается одной из самых интересных в современной астрономии. И для ее решения было предложено множество различных гипотез. Вот, например, одна из них.
Однако ученые из Университета Западного Онтарио считают, что первые черные дыры могли появиться в результате «прямого коллапса» — не из звезд, а из плотных скоплений газа в центрах первых галактик, находившихся в процессе своего формирования. Разогреваясь и интенсивно излучая радиацию, такие скопления блокировали появление молодых звезд во все более обширном пространстве космоса.
Наличие огромного количества свободной материи (газа и пыли) позволило этим скоплениям очень быстро набрать критическую массу и плотность. После этого они коллапсировали, оставив после себя черные дыры массой в десятки и сотни тысяч солнц.
Гравитация может стягивать газ ровно до того момента, пока вокруг черной дыры не начнет накапливаться вещество, образуя горячий диск, излучающий интенсивную радиацию и отталкивающий приходящий газ, таким образом прекращая рост черной дыры. Это называется пределом Эддингтона.
Ученые из Университета Западного Онтарио предложили математическую модель этого процесса, показав, что он действительно мог развиваться очень быстро. Исследователи поясняют, что излучение новорожденных звезд и других дыр вскоре достигло критического предела. В результате этого «прямой коллапс» новых сверхмассивных дыр стал невозможен.
Черные дыры по-прежнему хранят очень много тайн, разгадка которых, как считают ученые, может содержать ответы о том, как появилась и развивалась Вселенная, в которой мы живем.
Подписывайтесь на наш Яндекс.Дзен, чтобы быть в курсе последних событий из мира науки и технологий.
Источник
Что скрывает самая древняя галактика во Вселенной
В 2017 году астрономам удалось отыскать в космосе объект, возраст которого сопоставим с самой ранней эпохой Вселенной. Команда из Института Карнеги обнаружила галактику, которая полностью сформировалась всего за несколько сотен миллионов лет после Большого Взрыва. Результаты исследования были опубликованы в Nature и Astrophysical Journal Letters.
Древнейшая галактика
«Количество квазаров с такой степенью свечения, даже и столь отдаленных. Во всем небе их должно быть 20-100 штук, не больше», — делится своими мыслями Эдуарда Бансадос, ведущий автор исследования. По его словам, это и в самом деле похоже на поиск иголки в стоге сена.
Галактика J1342 + 0928 и сверхмассивная черная дыра в ее центре появились всего спустя 690 миллионов лет после Большого взрыва. Это время известно как эпоха реионизации: в течение нескольких миллионов лет Вселенная была покрыта «облаками» нейтрального водорода, который блокировал большую часть звездного света. Затем первые квазары (большая часть которых и является сверхмассивными черными дырами) ионизировали водород и сделали мир намного более светлым.
Однако подавляющее большинство галактик этой эпохи очень и очень малы. Считается, что карликовые галактики (которые астрономы называют «зеленым горохом») занимали доминирующее положение в эпохе реионизации. Кстати, четыре года назад другая команда астрономов обнаружила, что это утверждение не совсем верно: они нашли в космосе сдвоенные галактики эпохи реионизации, не уступающие по размерам Млечному Пути и окруженные облаком темной материи.
Источник
Эволюция космоса: что может рассказать о формировании Вселенной древнейшая чёрная дыра
После Большого взрыва
Исследователи из Обсерватории института Карнеги в Пасадене (США) обнаружили новый квазар — активное ядро галактики на начальном этапе развития со сверхмассивной чёрной дырой в центре. Этот объект получил название ULAS J1342+0928. Квазар находится на расстоянии 13,1 млрд световых лет от Солнечной системы. Его яркость в 400 трлн раз превышает солнечную. Масса чёрной дыры составляет около 800 млн масс Солнца. Открытие удалось совершить с помощью Магелланова телескопа в обсерватории Лас-Кампанас в Чили, большого бинокулярного телескопа в Аризоне и телескопа обсерватории Gemini на Гавайях.
«Непонятно, как эта сверхмассивная чёрная дыра могла образоваться всего спустя 690 млн лет после Большого взрыва, когда сама Вселенная была сформирована лишь на 5% от своего сегодняшнего состояния, и набрать массу почти в миллиард солнечных. Обнаруженный квазар с чёрной дырой предоставил нам своеобразный снимок ранней Вселенной. Это всё равно, что посмотреть на фотографию 50-летнего мужчины, когда ему было два с половиной года», — пояснил в интервью один из авторов исследования астрофизик Эдуардо Бансадос.
Квазары — одни из самых ярких астрономических объектов, яркость которых на протяжении всей их жизни остаётся почти неизменной. Квазары представляют собой ядра галактик на ранней стадии формирования, то есть массивные чёрные дыры, которые получают энергию, активно поглощая окружающую материю — газ и разрушившиеся звёзды, близко подошедшие к ядру. При попадании в чёрную дыру частички материи под воздействием силы трения начинают светиться. В результате квазары становятся настолько яркими, что их светимость в десятки триллионов раз превышает солнечную.
До последнего момента самым далёким, а значит, и самым древним известным науке квазаром был ULAS J1120+0641. Он появился примерно спустя 770 млн лет после Большого взрыва и находится в 12,9 млрд световых лет от Солнечной системы. Его яркость в 63 трлн раз превышает яркость Солнца.
Теория роста
По словам профессора кафедры астрофизики и звёздной астрономии физического факультета МГУ Анатолия Засова, ранее в других галактиках уже были обнаружены чёрные дыры массой в десятки миллиардов солнечных, поэтому новый объект не является рекордсменом по массе.
«Однако эта чёрная дыра столь далёкая и древняя, что её большая масса порождает много вопросов. Дело в том, что только спустя 150 млн лет после Большого взрыва начали формироваться первые звёзды, а «зажглись» они спустя ещё примерно 250 млн лет. Соответственно, чёрные дыры не могли формироваться раньше этого момента. Набор такой внушительной массы менее чем за 690 млн лет ставит под сомнение существующие теории о росте сверхмассивных чёрных дыр», — сообщил в интервью RT Засов.
Скорость аккреции (приращения массы) газового диска у чёрной дыры ограниченна. Считалось, что при превышении определенного значения излучение от диска будет отталкивать газ и, таким образом, чёрная дыра не сможет его притягивать. Однако наблюдение за обнаруженной древнейшей чёрной дырой не подтверждает эту теорию.
Изучив скорость роста чёрной дыры квазара J1342+0928, учёные выяснили, что первоначально она имела массу не меньше тысячи масс Солнца и сформировалась спустя 65 млн лет после Большого взрыва. Авторы исследования пришли к выводу, что либо на раннем этапе формирования Вселенной уже существовали массивные чёрные дыры, либо скорость их роста в тот период превышала предельную.
Поиски продолжаются
Исследователи также пришли к выводу, что спустя 690 млн лет после Большого взрыва значительная часть пространства вокруг квазара состояла из нейтрального водорода. Это говорит о том, что квазар образовался в эпоху реионизации — периода, когда наполнявшие Вселенную горячие ионы стали остывать, образуя водород. Точно определить время начала реионизации и механизмы этого процесса довольно сложно. Некоторые астрофизики считают, что реионизацию вызвало именно появление чёрных дыр.
«Реионизация стала последним важным этапом преобразования Вселенной. Дальнейшие исследования позволят выяснить, что происходило в этот важный период и какую роль сыграли в этом процессе чёрные дыры. Пока нам удалось понять, что чёрные дыры либо растут быстрее, чем мы считали раньше, либо образуются уже довольно крупными», — отметил Бансадос.
Авторы исследования считают, что, возможно, существуют ещё более древние квазары, чем J1342+0928, и намерены продолжить поиски чёрных дыр во Вселенной.
«Чем больше мы обнаружим сформировавшихся в ранней Вселенной квазаров, которые находились бы на таком же или большем расстоянии от Солнечной системы, тем больше мы узнаем о периоде реионизации и об условиях, которые позволяют формироваться чёрным дырам с массой, в сотни тысяч раз превышающей солнечную», — пояснил Бансадос.
Источник
Древние черные дыры можно обнаружить по остаткам поглощенных нейтронных звезд
Черная дыра в представлении художника
Идея о том, что во Вселенной существуют черные дыры, возраст которых практически равен возрасту самой Вселенной, появилась в научной среде довольно давно. В самом деле, ведь во Вселенной было достаточно материи для формирования черных дыр спустя совсем небольшое время после Большого Взрыва. Тем не менее, это лишь гипотеза, доказать которую достаточно сложно — ведь инструментов для обнаружения изначальных обитателей Вселенной у ученых практически нет.
Недавно группа физиков предложила необычный метод поиска древних черных дыр. Ученые предположили, что такие объекты вполне способны поглощать нейтронные звезды (сформировавшиеся впоследствии, да). Сами они не могут выйти за пределы гравитационного коллапса, но скорость их вращения достаточна для того, чтобы часть вещества все-таки вырвалась из объятий черной дыры.
Свои предположения ученые, о которых шла речь выше, оформили в качестве статьи и опубликовали в Physical Review Letters. Группа исследователей, состоящая из трех физиков, предполагает, что при некоторых условиях тяжелые элементы могут выйти за пределы гравитационной аномалии и вот как раз их можно обнаружить.
Древние черные дыры имеют два принципиальных отличия от их более молодых «родственников». Во-первых, обычная черная дыра формируется в результате коллапса массивной звезды. Стивен Хокинг в 1971 году предположил, что древние черные дыры сформировались не из звезд (их в начальном этапе формирования Вселенной просто не было) а в результате гравитационного коллапса колебаний флуктуаций плотности. Во-вторых, масса древних черных дыр может быть практически любой, равной как массе обычной звезды, так и в тысячи раз превышать массу известных Сверхновых. Кстати, по мнению некоторых ученых, именно древние черные дыры могут быть средоточием темной материи, которую ищут и никак не могут найти в количествах, предсказанных физиками.
Все это хорошо, но, как и говорилось выше, обнаружить такие объекты без надлежащих инструментов практически невозможно. О них можно говорить, но доказать их существование обычными для астрономии методами нельзя. Единственный способ сделать это — найти следы поглощения такой черной звездой нейтронной звезды.
Нейтронные звезды очень быстро вращаются вокруг своей оси, совершая полный оборот за считанные миллисекунды. Предположим, что такой объект попал в черную дыру. Последняя не может поглотить нейтронную звезду сразу и без остатка — законы физики накладывают определенные ограничения на скорость поглощения материи. В результате взаимодействия двух этих объектов поглощаемая звезда будет вращаться еще быстрее. И если это так, что вещество, которое находится на поверхности нейтронной звезды около экватора может в определенный момент достичь скорости, которой достаточно для выхода за пределы гравитационного капкана. Физики считают, что в этом случае значительная часть материи может избежать поглощения и выйти за пределы досягаемости черной дыры.
Понятно, что пока вещество находится в составе нейтронной звезды, его состояние резко отличается от состава обычного вещества. Это, фактически, «крошево» атомов. Поэтому после выброса материя стремится перейти в обычную форму, восстанавливаются атомы и стандартная структура материи. Из-за особенностей этого процесса появляются атомы тяжелых элементов. По мнению авторов исследования, распределение тяжелых элементов по Вселенной как раз соответствует их гипотезе. Ученые провели моделирование, используя свои предположения, и получили несколько подтверждений корректности своей гипотезы. Конечно, у нее есть и противники, но тех, кто поддержал выкладки своих коллег, все же больше.
Более того, физики утверждают, что их гипотеза объясняет многие явления, которые современная наука не может объяснить. Это и быстрые радиовсплески, и антиматерия в нашей галактике и многое другое. Плюс ко всему, черные дыры сами по себе могут составлять 10% того объема темной материи, которую ранее просчитали астрономы.
Источник