|
Черной дыры и возникновение галактик
|
|
|
|
Вглядываясь вглубь зарождающейся Вселенной, очень большой телескоп Европейской южной обсерватории (VLT) недавно подтвердил открытие самого яркого и быстрорастущего квазара. Квазары - это светящиеся объекты в ночном небе, питаемые газом, падающим в большую черную дыру в центре галактики. Открытие этого рекордного объекта было достаточно захватывающим. Но еще одним важным аспектом объявления является то, что оно поднимает большие вопросы о формировании галактик в ранней Вселенной. В частности, остается загадкой, как этот квазар, который существовал менее чем через два миллиарда лет после Большого взрыва, мог так быстро вырасти в размерах. Исследование этой головоломки может даже привести к переосмыслению того, как возникли галактики. Черные дыры, самые плотные объекты во Вселенной, получили это название потому, что их гравитационное притяжение настолько невероятно сильно, что даже свет не может вырваться из их хватки. Как же тогда черная дыра может быть источником такого интенсивного света?
|
|
|
|
Что ж, в некоторых галактиках, где черная дыра достаточно велика, материя втягивается с невероятно высокой скоростью. По мере ее закручивания по спирали сильные столкновения между газами, пылью и звездами приводят к испусканию огромного количества световой энергии. Чем больше черная дыра, тем сильнее столкновения и тем больше света излучается. Квазар, который был предметом последнего исследования, известный как J0529-4351, имеет массу, эквивалентную 17 миллиардам солнц, и невероятно велик. В центре галактики находится спиральный диск материи шириной в семь световых лет, и черная дыра растет за счет аккреции (накопления) этого вещества. Ширина диска сравнима с расстоянием между Землей и следующей ближайшей звездной системой, Альфой Центавра. Черная дыра быстро растет, потребляя рекордное количество массы, эквивалентное одному солнцу каждый день. Это интенсивное накопление вещества высвобождает количество радиационной энергии, эквивалентное квадриллиону (тысяче триллионов) солнц.
|
|
|
Это поднимает вопрос о том, почему такой яркий объект был обнаружен на ночном небе только сейчас, несмотря на десятилетия астрономических наблюдений. Оказывается, этот скрытный квазар прятался у всех на виду. Несмотря на свою удивительную яркость, J0529-4351 находится очень далеко, а это означает, что она органично вписывается в море более тусклых звезд, которые находятся гораздо ближе к Земле. На самом деле, этот квазар находится так далеко, что излучаемому им свету требуется целых 12 миллиардов лет, чтобы достичь нас здесь, на Земле. Возраст Вселенной составляет около 13,7 миллиардов лет. Итак, этот квазар существовал всего через 1,7 миллиарда лет после Большого взрыва, в начале Вселенной. Расширение Вселенной после Большого взрыва - это то, что позволяет нам измерить расстояние до этого квазара и, следовательно, его возраст. Давно известная простая формула, называемая законом Хаббла, гласит, что знание скорости, с которой объект удаляется от нас, позволяет нам рассчитать, как далеко он находится.
|
|
|
|
Столкновения, которые происходят, когда материя по спирали втягивается в черную дыру этого квазара, повышают ее температуру до 10 000°C. В этих условиях атомы в системе излучают характерный спектр света. Эти дискретные частоты света образуют своего рода штрих-код, который астрономы могут использовать для идентификации элементного состава объектов на ночном небе. Когда объект, излучающий свет, удаляется от нас, частота этого наблюдаемого света претерпевает сдвиг, во многом похожий на то, как меняется частота звука сирены скорой помощи в зависимости от того, движется ли он к вам или от вас удаляется. Это смещение, наблюдаемое у астрономических объектов, известно как красное смещение. Это, наряду с законом Хаббла, позволило подтвердить как возраст, так и расстояние (оба эти свойства связаны в космологии) J0529-4351. Этот яркий маяк ранней Вселенной поднял важный вопрос, который ставит в тупик астрономов: как могла эта черная дыра за такой относительно короткий промежуток времени так быстро вырасти в такой массивный объект? Согласно общепринятым моделям ранней Вселенной, ей должно было потребоваться больше времени, чтобы вырасти до таких размеров.
|
|
|
|
Более того, благодаря настройке моделей искусственного интеллекта (ИИ), используемых для сканирования данных телескопов в поисках этих необычных объектов, в ближайшие годы можно будет найти еще больше. Если они будут похожи на J0529-4351, физикам придется серьезно переосмыслить свои модели ранней Вселенной и формирования галактик. Самая быстрорастущая черная дыра, когда-либо наблюдавшаяся, станет идеальной мишенью для системы под названием Gravity+, предстоящего обновления прибора на Очень большом телескопе, называемого интерферометром. Этот интерферометр представляет собой оригинальный способ объединения данных с четырех отдельных телескопов, которые фактически составляют VLT. Gravity+ предназначен для точного непосредственного измерения скорости вращения и массы черных дыр, особенно тех, которые находятся далеко от Земли. Кроме того, чрезвычайно большой телескоп Европейской южной обсерватории, отражающий телескоп диаметром 39 метров, в настоящее время строится в чилийской пустыне Атакама. Он предназначен для обнаружения оптических и ближних инфракрасных длин волн, характерных для удаленных квазаров, и сделает идентификацию и характеристику таких неуловимых объектов еще более вероятной в будущем.
|
|
|
|
Источник
|
