|
Чёрные дыры способствуют формированию планет
|
|
|
|
Распространённый миф о чёрных дырах гласит, что они действуют как гигантские космические пылесосы, засасывая всё вокруг. Но исследование Владимира Лиры выявило новый механизм, связанный со сверхмассивными чёрными дырами, который больше похож на космическую колыбель, порождающую планеты, более массивные, чем Юпитер.
|
|
|
|
«Мы обнаруживаем объекты, масса которых в тысячу раз превышает массу Земли, но которые состоят из чистой пыли», — сказал Лира. «И не только это, некоторые из этих объектов приближаются по массе к Солнцу».
|
|
|
|
Лира, доцент кафедры астрономии в Университете штата Нью-Мексико, начала это направление исследований в качестве постдокторанта, сотрудничая с Барри МакКернаном, Саавиком Фордом и Мордекаем-Марком МакЛоу в Американском музее естественной истории в 2010 году.
|
|
|
|
Бхупендра Мишра, в настоящее время работающий в подготовительной школе Санта-Фе, присоединился к команде Лиры, что привело к публикации их статьи «Активные галактические ядра-торы: потенциальное место рождения миллионов планет» в журнале The Astrophysical Journal. Соавторами являются МакКернан, МакЛоу, Форд и Харрисон Э. Кук.
|
|
|
|
|
|
|
Пылевые миры в дисках черных дыр
|
|
|
|
«Мы выдвинули гипотезу, что маломассивные черные дыры, вращающиеся вокруг диска сверхмассивных черных дыр, будут вести себя так же, как зародыши планет, или протопланеты, ведут себя вокруг Солнца», — объяснила Лира.
|
|
|
|
«Они мигрируют, меняют свои орбиты, сталкиваются с другими протопланетами и образуют более крупные объекты. Это совершенно иной способ формирования тяжелых черных дыр, чем любой другой во Вселенной. Мы разработали эту идею в полноценную теорию. Она известна как «канал активных галактических ядер» и накопила убедительные наблюдательные данные».
|
|
|
|
Команда Лиры обнаружила, что во внешних областях аккреционных дисков вокруг сверхмассивных черных дыр могут существовать условия, подобные условиям в аккреционных дисках вокруг молодых звезд. Подобно протопланетным дискам, диски вокруг сверхмассивных черных дыр содержат объекты планетной массы, состоящие из чистой пыли.
|
|
|
|
Используя компьютерную модель, команда Лиры смоделировала условия во внешних областях этих дисков и выяснила, как пыль сгущалась и как зарождающиеся планеты росли на протяжении миллионов лет.
|
|
|
|
От гигантских планет до звёзд
|
|
|
|
«Самым большим сюрпризом стало количество планет и их размеры — насколько огромными и тяжёлыми они могут стать за время существования активных галактических ядер», — сказал Мишра.
|
|
|
|
Компьютерное моделирование показывает, как компактная центральная область галактики, известная как активное галактическое ядро (АГЯ), генерирует огромную энергию за счёт падения материи в сверхмассивную чёрную дыру, вызывая нагрев и яркое свечение пыли и газа, в результате чего образуются массивные экзопланеты.
|
|
|
|
Поскольку эти экзопланеты настолько массивны, они находятся в диапазоне, в котором они могут инициировать ядерный синтез и стать звёздами.
|
|
|
|
«Это механизм образования звёзд, который мы обнаружили впервые», — сказала Лира. «Звёзды обычно образуются в результате так называемого гравитационного коллапса. Это процесс сверху вниз. Образуется газ, образуется большое газовое облако, оно слишком плотное, поэтому коллапсирует под собственной тяжестью. Обычно всё начинается с чего-то большого, и это коллапсирует, образуя звезду.
|
|
|
|
Наш механизм противоположен. Всё формируется снизу вверх». «Сначала формируются строительные блоки, затем происходит аккреция газа, и вот — образуется звезда».
|
|
Путь к тяжелым черным дырам
|
|
|
|
Команда Лиры считает, что такая среда идеально подходит для образования больших звезд, которые могут коллапсировать в черные дыры. Эти черные дыры в конечном итоге могут столкнуться, образуя тяжелые черные дыры (массой в несколько сотен раз превышающей массу Солнца).
|
|
|
|
«Эти черные дыры огромны, — сказал Мишра. — Они в сотни или тысячи раз больше Солнца, и если они начнут двигаться к центру, они также будут генерировать сигнал, который, вероятно, будет обнаружен LISA (лазерный интерферометр космической антенны), — сигнал гравитационных волн».
|
|
|
|
LISA — это будущая космическая обсерватория, запуск которой запланирован на середину 2030-х годов Европейским космическим агентством. Она будет состоять из трех идентичных космических аппаратов, летящих в форме равностороннего треугольника и направляющих друг на друга лазерные лучи. LISA предназначена для обнаружения и измерения гравитационных волн — невидимых ряби в ткани пространства-времени, вызванных в результате масштабных космических событий.
|
|
|
|
«Эти массы искривляют пространство-время, поэтому, когда две черные дыры вращаются друг вокруг друга, они изменяют ткань пространства таким образом, что это вызывает рябь, подобную волнам», — сказала Лира. «Эйнштейн предсказал эти гравитационные волны, когда разработал свою теорию общей относительности. Это открыло новое окно во Вселенную, но теперь черные дыры уже не черные. Мы можем наблюдать эти гравитационные волны».
|
|
|
|
Как команда Лиры докажет свою теорию? Ключ кроется в явлении, о котором Альберт Эйнштейн подумал в 1912 году и о котором с неохотой написал 24 года спустя в журнале Science. Это явление называется микролинзированием — феноменом, при котором массивный, часто невидимый объект действует как космическая увеличительная линза, увеличивая яркость фоновой звезды, чтобы проверить существование новых теоретических объектов.
|
|
|
|
В данном случае, предсказывая уникальный, наблюдаемый «паттерн увеличения яркости» (кривую блеска), соответствующий конкретному теоретическому объекту, эти ученые могут искать соответствующий «отпечаток» в астрономических данных, чтобы доказать свою теорию.
|
|
|
|
«Эйнштейн думал, что это никогда не будет наблюдаемо, потому что сигнатура слишком мала, но его теория положила начало совершенно новой области исследований», — сказала Лира. «Это один из основных методов, которые мы используем для поиска экзопланет. Сейчас НАСА реализует миссию стоимостью в миллиард долларов — космический телескоп Нэнси Грейс Роман, который с помощью этого метода составит карту множества экзопланет.
|
|
|
|
В нашей статье мы предполагаем, что это также может быть использовано для подтверждения правильности нашей теории, поскольку, как только планеты, вращающиеся в диске активного ядра галактики (АГЯ), пройдут вдоль линии зрения АГЯ, они будут действовать как гравитационная линза для яркого АГЯ».
|
|
Следующие симуляции и данные Roman
|
|
|
|
НАСА запустит космический телескоп Roman в августе. Он может похвастаться полем зрения в 100–200 раз большим, чем у космического телескопа Hubble. Оснащенный 300-мегапиксельной инфракрасной камерой, Roman сможет получать панорамные изображения Вселенной с высоким разрешением.
|
|
|
|
Но команда не ждет этого; она уже планирует свою следующую компьютерную симуляцию, которая будет посвящена прогнозированию электромагнитных аналогов событий гравитационных волн.
|
|
|
|
«Наш план состоит в том, чтобы создать «Этот сценарий в полной компьютерной модели, где у нас есть черная дыра, газ движется по спирали, и у нас есть магнитные поля со всей этой турбулентностью, происходящей в реальном моделировании», — сказал Мишра. «Это будет чрезвычайно сложное моделирование, и это наш следующий шаг».
|
|
|
|
Источник
|
