На смену черным дырам приходят MECOs
Самые мощные источники излучения, испускающие фотоны в широчайшем спектральном диапазоне, - квазары, безоговорочно царившие когда-то в юной Вселенной, светят нам до сих пор - их радиация сумела добраться до Земли спустя многие миллиарды лет. И хотя эти "квазизвездные" источники, рассматриваемые в оптические телескопы, кажутся всего-навсего заурядными звездочками, фактически они представляют собой ярко светящиеся центры древних галактик. Ну а в современной нам локальной части космоса ничего подобного уже давно не наблюдается.
Согласно современным теориям, пылающие ядра квазаров состоят из раскаленных газовых дисков, по спирали падающих на сверхмассивные черные дыры (этот процесс именуют аккрецией вещества на компактный объект). При этом какая-то часть газа с релятивистскими скоростями выбрасывается наружу в виде двух струй-джетов (jets) в двух противоположных направлениях (с полюсов квазара). Теоретики до сих пор еще разбираются с механизмами, которым можно было бы "поручить" образование подобных струй, ну а наблюдатели между тем мечтают заглянуть в сердце квазара. Подробности внутреннего устройства центрального "генератора", снабжающего энергией релятивистские струи, пока еще недоступны земным телескопам, поскольку области, в которых они размещены, слишком компактны (по величине сравнимы с размерами Солнечной системы) и их нельзя разрешить с помощью современной техники. Однако приблизиться к решению этой задачи все-таки можно, если воспользоваться методами гравитационного линзирования.
Астроном Рудольф Шилд (Rudolph Schild) из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - CfA) и его коллеги уже много лет занимаются изучением квазара, носящего обозначение Q0957+561 и расположенного в 9 миллиардах световых лет от Земли в районе ковша созвездия Большой Медведицы. Основу этого квазара составляет центральный компактный объект, содержащий массу, эквивалентную массе 3-4 миллиардов солнц. Что удивительно, после стольких лет изучения Шилд засомневался, что они имеют дело со ставшей уже привычной для современных физиков классической "черной дырой", и вынул взамен из "запасников" достаточно экзотичную концепцию MECOs - Magnetospheric Eternally Collapsing Objects (магнитосферных вечно коллапсирующих объектов), предложенную (в 1998 году) индийским астрофизиком Абхасом Митрой (Abhas Mitra).
"Мы не называем данный объект черной дырой, поскольку нашли свидетельства того, что он содержит внутри закрепленное магнитное поле, которое насквозь пронзает поверхность коллапсирующего центрального объекта и взаимодействует со средой, окружающей квазар", - так прокомментировал свое прямо-таки шокирующее заключение Шилд. Это исследование было опубликовано в июльском выпуске "Астрономического журнала" (Astronomical Journal - AJ) и доступно также на сайте arXiv.org.
Q0957+561 привлекает самое пристальное внимание астрономов с конца 1970-х гг., когда выяснилось, что в его случае проявляется действие естественной гигантской космической линзы, дублирующей изображение объекта ("двойник" характеризуется тем же самым спектром и красным смещением). Это была самая первая реально обнаруженная "гравитационная линза" с тех пор, как швейцарский астроном Фриц Цвикки (Fritz Zwicky, 1898-1974) в 1937 году предложил использовать это явление для изучения удаленных галактик. Впоследствии удалось обнаружить и первопричину эффекта - гигантскую галактику, оказавшуюся на пути между квазаром и нами, гравитация которой служит той самой "линзой". Характерно, что звезды и планеты гораздо более близких галактик также оказывают небольшое воздействие на свет от квазара, вызывая крошечные колебания яркости, когда оказываются вблизи воображаемой линии, соединяющей нашу Землю и отдаленный квазар (этот эффект называется "гравитационным микролинзированием" - microlensing). Шилд занимался отслеживанием таких небольших колебаний яркости квазара на протяжении 20 лет, он возглавляет международный консорциум наблюдателей, использующих 14 телескопов, чтобы не оставлять объект "без присмотра" в наиболее многообещающие периоды.
"С помощью микролинзирования мы можем различить большее количество деталей устройства так называемых "черных дыр", что расположены в двух третях пути до края видимой Вселенной, чем мы можем разглядеть в случае той черной дыры, что находится в центре Млечного пути", - говорит Шилд. Проведя такой детальный анализ, его группа сумела узнать нечто новое о ядре квазара. Например, утверждается, что теперь удалось точно выявить месторасположение того участка, где формируются релятивистские струи-джеты. "Как и где формируются эти струи? Даже 60 лет радионаблюдений не дали ответа на данный вопрос. А теперь мы это узнали", - утверждает Шилд. Новообнаруженные структуры гордые первооткрыватели именуют Schild-Vakulik Structure - структурами Шилда-Вакулика.
Шилд и его коллеги выяснили, что струи зарождаются в двух областях размером в тысячу астрономических единиц каждая (что приблизительно в 25 раз больше, чем расстояние от Солнца до Плутона), расположенных в 8 тысячах астрономических единиц непосредственно над полюсами центрального компактного объекта (астрономическая единица определяется как среднее расстояние от Земли до Солнца, это примерно 150 миллионов километров). Внутренний край раскаленного ярко светящегося аккреционного диска отстоит приблизительно на 2 тысячи астрономических единиц от центрального компактного объекта. Присутствие внутреннего магнитного поля, закручиваемого в результате вращения центрального компактного объекта, - это явление, которое известно под названием "магнитный эффект пропеллера" (magnetic propeller effect). Наблюдения позволяют также выявить присутствие конусовидного оттока от аккреционного диска и следы некой кольцеобразной структуры, именуемой "структурой Элвиса" (она названа так по имени коллеги Шилда по CfA - Мартина Элвиса (Martin Elvis), который предсказал ее существование теоретически). Удивительно большое угловое раскрытие наблюдаемого оттока, опять же, по мнению авторов новой работы, лучше всего объясняется влиянием магнитных полей, заключенных в пределах центрального компактного объекта этого квазара (то есть того, что сейчас считают "черной дырой").
В свете всех этих наблюдений Шилд и его коллеги Даррил Лейтер (Darryl Leiter) из Марвудского астрофизического научно-исследовательского центра (Marwood Astrophysics Research Center) и Стэнли Робертсон (Stanley Robertson) из Юго-западного университета штата Оклахома (Southwestern Oklahoma State University) предложили довольно спорную теорию, согласно которой выявленные ими магнитные поля присущи не только аккреционному диску, как считает большинство других астрофизиков, но свойственны и центральному сверхмассивному компактному объекту квазара. Если новая теория подтвердится, то все это, разумеется, приведет к кардинальному пересмотру всей структуры квазара.
"Наше открытие бросает вызов общепринятым представлениям о черных дырах, - говорит Лейтер. - 50 лет назад среди астрофизиков еще не было современного понимания квантовой электродинамики, которая теперь готова представить новые решения первоначальных уравнений теории относительности Эйнштейна".
Это исследование предполагает, что в дополнение к тем немногим свойствам, которыми характеризуется любая черная дыра: масса, заряд и скорость вращения, - центральный компактный объект квазара может обладать и другими физическими параметрами, которые делают его более похожим на вращающийся магнитный диполь, излучение которого сильно смещено в инфракрасную область спектра, а не на "классическую" черную дыру. И по этой самой причине большая часть засасываемой таким компактным объектом материи не исчезает бесследно в недрах коллапсара, а участвует во всеобщем вращении "гигантского магнита". Согласно этой теории, MECO не имеет горизонта событий, как положено любой "приличной" черной дыре (из-под которого невозможно возвращение какого-либо материального объекта или же излучения), и любая материя, которая способна добраться до уровня "магнитного пропеллера", постепенно замедляется и останавливается. Сигналы с поверхности этого горизонта до нас в принципе способны добраться, однако под воздействием чудовищной гравитации всякое излучение оттуда сильно смещено в красную область спектра, ослаблено и недоступно для обнаружения современными техническими средствами.
Надо думать, если ядра квазаров действительно "лишатся" черных дыр, то вслед за этим произойдут и очень серьезные перемены в "верхних строчках рейтинга" современных теорий гравитации, среди которых нет единства в вопросах возможности или невозможности существования этих объектов, предсказанных когда-то теоретически (так, возможность существования черных дыр отрицают последователи теории гравитации бывшего ректора МГУ академика Логунова)... Однако в вероятность скорого переворота верят пока лишь очень немногие ученые.
Источники:
Observations Supporting the Existence of an Intrinsic Magnetic Moment Inside the Central Compact Object Within the Quasar Q0957+561 - arXiv.org - astro-ph
New Picture of Quasar Emerges - Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - Press Release
Research Sheds New Light On Quasars - SpaceDaily
Ссылки:
Гравитационные линзы - "Астронет"
Гравитационная линза - "Кругосвет"
Загадка Большой Медведицы
5
комментариев
|
Обсудить
Дословно
<a href=http://elementy.ru/blogs/users/spark/>Игорь Иванов</a>
Есть ряд ученых, которые известны тем, что "отлавливают" самые экзотические теоретические конструкции и говорят "а вот этот эксперимент можно описать еще и так", "а вот тот эксперимент не противоречит и такой интерпретации".
В астрофизике это тот же Abhas Mitra с вечно коллапсирующими объектами, Robert Foot с идеей зеркального вещества, есть много ученых, пытающихся применить экзотические варианты гравитации ко всем подряд непонятным наблюдениям (чего стоит одна только эпопея с аномальным ускорением "Пионеров") и т.д.
Я понимаю, что такие высказывания очень "цепляют" скучающую публику, но все же к ним стоит относиться спокойнее.
Поиск, проверка, отсев (или наоборот, невозможность отсева) экзотических возможностей - рутинная работа физиков. И соответствующие статьи регулярно публикуются. Один из последних примеров - результат эксперимента PVLAS о дихроизме вакуума, который можно, в принципе, интерпретировать и в терминах новых частиц, аксионов. В астрофизике недавно обсуждались такие достаточно экзотические варианты как топология вселенной в виде "футбольного мяча" или в виде "дудки", попытки обойтись без темной энергии при описании сверхновых ("гипотеза серой пыли"), попытки обойтись без инфляции (экпиротическая модель) и т.д.
Но на основании единичных наблюдений никто никаких "революций" не делает - надо многократно повторить опыт (найти другие похожие астрофизические объекты) и убедиться, что здесь не работает никакое иное объяснение.
В астрофизике вообще объекты исследования находятся далеко, и зачастую наблюдательные данные крайне опосредованы. Грубо говоря, непонятно: мы действительно что-то наблюдаем или же после обработки, подавления шумов, вычета фона и т.д. складывается ощущение, что телескопу кажется, что он что-то наблюдает.
Потом, даже если в данном конкретном случае будет доказано, что этот объект не может быть черной дырой (что само по себе о-о-очень непросто будет сделать), то это вовсе не значит, что ВСЕ остальные объекты, про которые мы думаем, что они черные дыры, ими не являются. Так что говорить о том, что концепция черных дыр (будет в этом случае) опровергнута, неверно.
Ну и напоследок. Про черные дыры кто-то из больших астрофизиков как-то сказал: черные дыры - это САМАЯ КОНСЕРВАТИВНАЯ гипотеза среди имеющихся, которая может описать наблюдательные данные.
Статьи по теме
Квазары порождают новые загадки
Квазары - самые яркие объекты во Вселенной - сформировались в относительно небольших галактиках. Согласно новому исследованию, эти сверхмассивные черные дыры появились вскоре после Большого взрыва и набрали свой вес на удивление быстро - быстрее, чем галактики, окружающие их. Астрономы попытались "вычесть" из общего излучения древнейших источников интенсивный свет их центрального квазара, чтобы непосредственно разглядеть "родительские" галактики, в которых развился тот или иной "монстр".
"Чандра" разрешила парадокс черных дыр
Процессы, благодаря которым черные дыры могут захватывать и поглощать большие количества материи из окружающего пространства, на самом деле базируются не только на гравитационных, но также и на электромагнитных взаимодействиях.
Первые галактики были самоубийцами
Астрономы смогли представить первые прямые свидетельства самоубийственного поведения ранних галактик, ультрафиолетовая радиация которых препятствовала дальнейшему формированию звезд.
Авторитет фундаментальных констант вновь поставлен под сомнение
Если открытие подтвердится, то физики будут вынуждены радикально пересмотреть многие общепризнанные теории. Все это также может оказать решающую поддержку теории суперструн, которая предсказывает наличие в нашей Вселенной дополнительных "свернутых" пространственных измерений.
Осколки стеклянных галактик
С помощью космического инфракрасного телескопа "Спитцер" удалось найти редкую разновидность сталкивающихся галактик, сердцевины которых окутаны облаками, состоящими из крошечных кристаллов, напоминающих по своему составу обыкновенное битое стекло.
Очаг, лишившийся дома
Группа европейских астрономов изучила очень необычное явление: одинокий яркий квазар, лишенный сколько-нибудь заметной окружающей его галактики. Для объяснения феномена предлагаются даже совершенно немыслимые вещи.
Жизнь могла возникнуть 10 миллиардов лет назад
Исследование, проведенное с помощью космического телескопа NASA "Спитцер", свидетельствует в пользу очень раннего возникновения внеземной жизни и может предоставить новые сведения о составе удаленных галактик.
"Чандра": Выявлено местонахождение потерянной материи
Удалось выявить местонахождение двух обширных облаков горячего межзвездного газа, которые могут быть связаны с некоторой частью таинственной скрытой материи. Компьютерное моделирование показывает, что эта невидимая материя должна формировать паутинообразную структуру из газовых облаков, внутри которых образуются скопления галактик. Эти облака до сих пор никто не мог обнаружить из-за их чрезвычайно низкой плотности.
Раз в 10 000 лет Земля купается в темной материи
Солнечная система в своем движении через космическое пространство может регулярно сталкиваться с чрезвычайно разреженными скоплениями экзотических элементарных частиц, сохранившимися со времен раннего детства Вселенной. Об этом свидетельствуют вычисления швейцарских физиков.
Впервые удалось отыскать место рождения бродячего микроквазара
Впервые удалось проследить путь по Галактике и найти место рождения так называемого микроквазара - пары объектов, обращающихся вокруг общего центра масс, один из которых является компактным остатком взрыва сверхновой - нейтронной звездой или черной дырой. Ученые пришли к выводу, что бинарная система LSI +61 303 сформировалась когда-то в звездном скоплении IC 1805 и была вышвырнута из него примерно 1,7 миллиона лет назад.
Настоящие монстры питаются пончиками
Международная группа ученых нашла новые свидетельства того, что массивные черные дыры окружены газовыми облаками, имеющими форму пончика (тора), которые в зависимости от своего расположения на линии визирования к Земле могут блокировать от нас "вид" черной дыры, находящейся в центре.
"Трилистник" позволил достать сердце монстра
Тщательный анализ наблюдений редкого "учетверенного" квазара, осуществленных космической рентгеновской обсерваторией "Чандра", позволил получить свидетельства того, что отдельная звезда в расположенной между нами и этим квазаром галактике смогла резко увеличить рентгеновское излучение, доходящее от этого квазара до нас. Это открытие дает в руки астрономам новый и чрезвычайно точный инструмент для изучения газовых потоков вокруг сверхмассивных черных дыр, наблюдаемых как квазары.
Обвинения в "изменах" с постоянной тонкой структуры пока не сняты
Современные теории, которые призваны объединить эйнштейновскую относительность с квантовой механикой и тем самым решить одну из сверхзадач всей современной физики, привели к шокирующему предсказанию: фундаментальные константы не только могут, но даже обязаны изменяться в пространстве и времени. Однако теперь с помощью исследования спектров отдаленных квазаров удалось наложить строгие ограничения на возможные вариации во времени одной из важнейших физических констант - постоянной тонкой структуры.
Галактики, проевшие дырки в космосе, устроили Космический Ренессанс
Астрономы в очередной раз обнаружили наиболее отдаленную галактику из всех, известных на настоящий момент. Она находится от нас на расстоянии приблизительно 13,2 миллиарда световых лет. Излучение от этой галактики, именуемой Abell 1835 IR1916, доносит до нас информацию о Вселенной, которой было только 3 % от ее теперешнего возраста. Этот свет был испущен спустя примерно 470 миллионов лет после Большого взрыва и может рассказать нам о том, как формировались первые галактики после "темных веков", имевших место в истории ранней Вселенной.
После Большого взрыва свет не спешил "отделяться от тьмы"
Во времена одного из самых ранних периодов своей истории Вселенная была почти вся сплошь "затянута" туманом из атомов водорода и гелия. Даже яркое ультрафиолетовое излучение самых первых звезд в новорожденных галактиках не могло пробиться через эту всепоглощающую завесу из газа, что дало астрономам повод назвать эту космическую эру "темными веками". Только по прошествии сотен миллионов лет первородные звезды смогли постепенно разогреть и ионизировать окружающий газ, преобразовав непроницаемый океан космоса в современное прозрачное космическое пространство. Возможно даже, что переионизация протекала в ходе двух различных фаз, связанных с первым и вторым поколениями звезд.
"Хаббл" и пара телескопов "Кек" нашли галактику, знаменующую конец "темных веков"
Международная группа астрономов обнаружила новую "рекордную" по удаленности от нас галактику во Вселенной. Расположенная приблизительно в 13 млрд световых лет от Земли, она выглядит такой, какой была спустя всего лишь 750 млн лет после Большого взрыва, когда Вселенной исполнилось только 5 % от ее нынешнего возраста. "Ископаемая" галактика была идентифицирована объединенными усилиями космического телескопа "Хаббл" и пары телескопов Кек на Гавайях. Кроме земной и околоземной техники астрономам на помощь также пришел эффект естественной "космической гравитационной линзы", которая усилила яркость отдаленного объекта.
Гравитационная линза показывает сердце отдаленной галактики
В настоящее время известно уже множество примеров наблюдений галактик, действующих подобно "гравитационным линзам". Лучи света, проходя рядом с ними, отклоняются мощным гравитационным полем. За счет такого "линзирования" на небе появляется несколько дополнительных видимых изображений какого-нибудь отдаленного объекта, расположенного за такой галактикой - например, это может быть яркий квазар. Теперь астрофизики раскрыли важную тайну, связанную с этим феноменом.
Английские астрофизики уверяют, что WMAP намерял "туфту"
Многие астрономы теперь убеждены в том, что Вселенная в основном заполнена "темным веществом" и таинственной "темной энергией". Едва ли не самым весомым аргументом в пользу этой теории считаются недавние исследования космического микроволнового фона, проведенные с помощью спутника WMAP. Однако теперь группа астрофизиков из Великобритании утверждает, что картина распределения этого реликтового излучения - своеобразного микроволнового "эха" Большого взрыва - фактически была искажена или даже "разрушена" в процессе движения реликтовых фотонов сквозь скопления галактик. В результате можно очень сильно усомниться как в существовании темной энергии, так и темного вещества.
Ученые нашли "звезду-спринцовку", подражающую черным дырам
Астрономы наблюдали нейтронную звезду Circinus X-1, испускающую струи вещества со скоростью, очень близкой к скорости света. Это самый быстрый поток вещества, когда-либо наблюдаемый от объекта в нашей Галактике, скорость сравнима со скоростью самых быстрых джетов, исторгаемых ядрами других галактик. Однако в тех галактиках струи порождаются сверхмассивными черными дырами, масса которых составляет миллионы и даже миллиарды солнечных масс.
Черных дыр рождается все больше и больше
Это открытие подтверждает давние подозрения астрофизиков насчет того, что действие черных дыр, скрытых от нас, обитающих на нашем так сказать космическом "заднем дворе", является едва ли не определяющим для всей структуры общегалактического "дома", это вовсе не какие-то экзотические древние мастодонты, давно отыгравшие свою роль в те времена, когда галактики только начали формироваться.
Темная энергия уходит в тень: получено новое свидетельство существования антигравитации
Астрономы Слоановского цифрового обзора неба объявили о получении еще одного независимого свидетельства существования таинственной темной энергии. Исследователи нашли своеобразный отпечаток темной энергии (или, как они называют это явление, "тень" темной энергии) путем изучения корреляций между изображениями миллионов галактик, полученных в ходе реализации программы SDSS, и картой распределения вариаций температуры реликтового излучения, "нарисованной" зондом WMAP.
Копейкина опровергают американцы, но Эйнштейн пока не пострадал
Альберт Эйнштейн, возможно, был прав, постулировав, что скорость гравитации равна скорости света, но вопреки заявлению Копейкина и Фомалонта, сделанному ими в самом начале этого года, это положение все еще не доказано экспериментально. Очередной удар по позициям нашего соотечественника Сергея Копейкина нанесли специалисты из Лаборатории Беркли.
Физики надеются обнаружить изменение фундаментальных констант со временем
Две группы физиков на протяжении последних лет провели целый ряд аккуратных экспериментов в надежде обнаружить непостоянство природных констант, до сих пор считавшихся не изменяющимися со временем. До настоящего момента данные на эту тему добывались астрофизическими методами и указывали на возможность подобных вариаций.
Обнаружен пепел первых звезд
Недавние наблюдения с использованием космического телескопа "Хаббл" доказывают, что первые звезды сформировались спустя всего лишь 200 млн лет после Большого взрыва. Таким образом, промежуток времени от начала Вселенной до первых звезд оказался гораздо короче, чем давали прежние теории, но находится в полном согласии с данными, полученными от зонда WMAP. Наличие железа и, косвенно, всех других более легких элементов, показывает, что основные компоненты для планет и возможной жизни на них присутствовали очень рано в истории Вселенной. Это намного раньше, чем возникла Земля.
Микроквазар ворвался в нашу Галактику из соседнего шарового скопления
Астрономы проследили путь нейтронной звезды и ее спутника, звезды-компаньона, вещество которой нейтронная звезда активно поглощает (Скорпион X-1). В настоящее время эта парочка мчится через нашу Галактику, но ученые считают, что она присоединилась к Млечному пути около 30 миллионов лет назад, а до этого была выброшена из удаленного звездного кластера.
Ранняя Вселенная: впервые удалось определить размеры реликтовых галактик
Астрономы Израиля и США нашли первое прямое подтверждение тому, что по крайней мере некоторые галактики размером с Млечный путь уже успели сформироваться, когда Вселенной от роду было меньше миллиарда лет. На иллюстрации - смоделированная структура ранней Вселенной. Первые галактики размером с Млечный путь выглядят как яркие пятна в вершинах этих своеобразных галактических нитей.
Впервые удалось измерить скорость гравитации
Впервые с приемлемой точностью удалось измерить скорость гравитации. Измерялось небольшое видимое изменение позиции квазара, вызванное изгибом пути радиоволн от этого источника в поле тяготения Юпитера. Результат важен с точки зрения "закрытия" некоторых вариантов современных теорий и поддержки других - он связан с космологическими теориями множественных вселенных и так называемой теории струн или суперструн.
Мерцающие квазары и кокон вокруг Солнечной системы
Эффект мерцания квазаров происходит благодаря тонкому слою межзвездного материала, расположенному в 70 световых годах от Земли. В этот своеобразный пузырь или кокон помещена не только вся Солнечная система, но и несколько ближайших звезд. Возможно, это давний остаток некой вспыхнувшей в этом районе сверхновой. Этот гигантский космический "пузырь" поляризует радиоволны, идущие от квазара к Земле.
Найдена пара гигантских черных дыр, обреченных слиться в межгалактическом катаклизме
Ядро галактики NGC 6240 представляет собой систему из двух супермассивных коллапсаров, и в будущем ей грозят серьезные потрясения. Это доказали немецкие астрономы из Института внеземной физики имени Макса Планка с помощью орбитальной рентгеновской обсерватории "Чандра". Открытие подтверждает теории формирования супермассивных черных дыр.
Вселенная во власти "темной энергии": новое доказательство
Наблюдения за отдаленными квазарами показывают, что основная часть энергии во Вселенной содержится в форме таинственной "темной энергии". Долгое время считалось, что модель расширяющейся Вселенной, по крайней мере, на современном ее этапе, позволяет обойтись без этой новой сущности.
Доказано существование массивной черной дыры в центре Галактики
Группе германских астрономов удалось показать, что в Галактическом центре расположен один-единственный сверхплотный и сверхмассивный объект - не что иное, как черная дыра. Определенность позволили внести наблюдения за движением звезды, которую исследователи условно обозначили как S2.
Новости по теме
