Черная дыра Млечного Пути
В центральной части нашей галактики Млечный Путь находится интересная область – черная дыра Стрелец А*. Это не просто место, вокруг которого вращаются остальные объекты, но и приют для сверхмассивной черной дыры, чья масса превышает солнечную в миллионы раз. Ее обнаружение позволило понять, что подобные объекты встречаются в центральных частях наиболее крупных спиральных и эллиптических типах галактик.
Наблюдения за Стрельцом А* в радиотелескопы показали, что черная дыра Млечного Пути достигает 44 миллиона км в ширину (дистанция Меркурий-Солнце), а ее масса – 4.31 миллиона солнечных. Естественно, когда мы говорим «наблюдения», то не имеем в виду прямой снимок, так как это просто невозможно. Наличие черной дыры галактики доказывает движение звезд. 10-летняя слежка помогла найти звезды в пределах 17 световых часов от объекта (в 3 раза больше дистанции Плутон-Солнце).
Изображение области вокруг центра Млечного Пути
Обнаружение центральной сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути также помогло разгадать секреты квазаров, чья яркость достигает свечения миллиона звезд. Она формируется диском материала, которым подпитывается черная дыра. Объект Млечного Пути сейчас спокоен, но когда-то был активным и может пробудиться в будущем.
Раньше ученые выдвигали еще ряд объектов, которые могли бы достигать подобной плотности и гравитационной силы. Но все же остановились на варианте с галактической сверхмассивной черной дырой.
Источник
Что-то странное происходит с черной дырой в центре Млечного Пути
Не секрет, что черные дыры — самые загадочные объекты во Вселенной. Но что они из себя представляют? Если говорить простым языком, черные дыры — это объекты с чрезвычайной плотностью. Из-за своей большой массы они имеют сильное гравитационное притяжение. Оно настолько сильное, что даже свет попадает в ловушку, когда проходит мимо черной дыры. Один раз попав внутрь, вырваться оттуда он уже не сможет. Вопросов относительно природы черных дыр — масса. А недавно их стало еще больше — по словам ученых, черная дыра в центре Млечного Пути в последнее время ведет себя как-то странно.
Что такое горизонт событий?
Вот уже 20 лет ученые не сводят глаз с черной дыры в центре нашей галактики. Отметим, что технически, черную дыру как таковую никто, конечно же, не видит. Ученые узнают о наличии черной дыры благодаря сильному искажению пространства, которое происходит из-за гравитационного поля этого массивного объекта.
Все небесные тела в непосредственной близости черной дыры попадают в так называемый горизонт событий — это своего рода “оболочка” черной дыры или попросту место в пространстве, из которого не может вырваться свет.
Кстати, именно горизонт событий “сфотографировали” ученые в апреле 2019 года. Мы пишем слово сфотографировали в кавычках, так как это не фотография в привычном нам смысле. Снимок был получен благодаря собранным данным восьми телескопов Event Horizon Telescope, которые расположены на разных континентах Земли. После того, как все данные с телескопов были получены, они обрабатывались на суперкомпьютере целых два года. Однако самое важное заключается в том, что до получения снимка черной дыры существование этих массивных объектов считалось гипотетическим. Теперь же мы знаем, что черные дыры — реальны.
Вообще, сам факт того, что в центре каждой галактики находится черная дыра удивителен. Обсудить это можно в нашем Telegram-чате.
Что происходит в центре Млечного Пути?
Галактика Млечный Путь
Черная дыра в самом сердце Млечного Пути находится в созвездии Стрельца А. За этой областью наблюдают множество телескопов, в том числе Spitzer и Chandra. Изучая материю вблизи черной дыры в мае этого года, ученые заметили что она более активна, чем обычно — ее горизонт событий становится ярче. Ученые отмечают, что черная дыра в созвездии Стрельца А — довольно спокойный объект, однако согласно новым данным ситуация изменилась.
13 мая астрономы увидели относительно низкое снижение яркости, предположив, что черная дыра прошла неизвестный пик, который был еще ярче. Согласно полученным данным, недавняя вспышка привела к тому, что горизонт событий черной дыры стал ярче в целых два раза. Отметим, что подобное явление ученые наблюдают впервые.
Российский телескоп ART-XC
По мнению исследователей, столь необычное поведение черной дыры могло быть вызвано близким проходом звезды под названием S0-2 в 2018 году или же объекта под названием G2 в 2014 году. Наблюдения за изменившим яркость горизонтом событий черной дыры в созвездии Стрельца А будут продолжены. К изучению черной дыры в центре нашей галактики недавно присоединился и ART-XC — новый российский космический телескоп, запущенный около месяца назад.
Еще больше интересных фактов о черных дырах можно найти здесь.
Источник
Что, если черная дыра в центре Млечного Пути на самом деле была… темной материей?
Наш Млечный Путь — как и другие крупные галактики во Вселенной — имеет в своем центре сверхмассивную черную дыру. Об этом свидетельствуют гравитационные эффекты, которые она оказывает на другие объекты. Но теперь исследователи считают, что эти эффекты с таким же успехом можно объяснить присутствием на ее месте скопления темной материи.
В центре Млечного Пути находится сверхмассивная черная дыра. Стрелец А* (Sgr A*) — это ее название. Но уверены ли мы в этом? В конце концов, никто никогда не видел ее вблизи. Астрономы определили ее присутствие по гравитационному воздействию, которое она оказывает на объекты в нашей галактике. На так называемых S-звездах, в частности, на звездах, близких к ней. И сегодня исследователи из Международного центра релятивистской астрофизики (Италия) предполагают, что эти эффекты могут быть с таким же успехом — или даже лучше — объяснены присутствием не черной дыры, а массы темной материи.
Их подозрение вызвало странное поведение объекта под названием G2, точная природа которого до сих пор неизвестна астрофизикам, когда он проходил рядом со Стрельцом A*. G2 чудом уцелел от столкновения с предполагаемой сверхмассивной черной дырой в центре Млечного Пути.
Поведение, соответствующее наличию темной материи
Наблюдение можно объяснить тем, что G2 — это не просто облако газа. Его структура действительно могла остаться нетронутой благодаря присутствию в нем одной или двух звезд. Но исследователи из Международного центра релятивистской астрофизики объясняют это совершенно иначе. Считается, что Sgr A* состоит из скопления темной материи массой около 500 000 солнечных масс. Экзотические частицы, которые физики называют «даркино». Поддерживаются в равновесии за счет собственного гравитационного притяжения. Таким образом, они образовали бы шар с размытыми очертаниями, гравитационное притяжение которого не было бы достаточно сильным, чтобы разрушить G2.
Но это не единственное наблюдение, которому соответствует модель. Команда обнаружила, что если даркино имеет массу около 56 кэВ, то моделирование точно предсказывает движение скопления близлежащих звезд, называемых S-звездами, а также кривую вращения внешнего гало Млечного Пути.
Как бы ни была интригующей гипотеза даркино, вопрос далеко не решен. Идея сверхмассивной черной дыры остается наиболее правдоподобной, поскольку она объясняет хорошо наблюдаемую физику относительно простым способом — кроме того, мы видим черные дыры в центре большинства других галактик.
Источник
Центр Млечного Пути — чёрная дыра или облако тёмной материи?
Исследование траекторий звёзд, вращающихся близко к центру Галактики (S- и G-объектов) позволило высказать предположение, что сверхмассивный объект Стрелец A* в центре Млечного Пути может быть не чёрной дырой, а распределённым в пространстве сгустком тёмной материи. Такую же природу могут иметь массивные объекты в центрах и других галактик.
S-звёзды вблизи центра Млечного Пути (снимки телескопа VLT в ближнем ИК-диапазоне).
Гравитационные силы в центре нашей Галактики в основном определяются некоторым компактным сверхмассивным объектом, который обозначают (Sagittarius A* или Sgr A*), с массой около 4 миллионов масс Солнца, или около 0,0005 процента массы всей Галактики. Астрофизики сегодня в целом сходятся в том, что это — сверхмассивная чёрная дыра в центре Млечного Пути, который на небесной сфере находится как раз в созвездии Стрельца. Строго говоря, Sgr A* — это обозначение не самой чёрной дыры, а того, что можно наблюдать — компактного радиоисточника в центре Галактики. Такие дыры расположены в центре большинства галактик. Недавно при помощи массива радиотелескопов удалось получить первое композитное изображение чёрной дыры в другой галактике (объекта M87* — центра эллиптической галактики M87 в созвездии Девы на расстоянии 53 миллионов световых лет). Нобелевская премия по физике 2020 года присуждена именно за открытие этого объекта в центре Млечного Пути, хоть в формулировке не используется термин «чёрная дыра», а говорится о «сверхмассивном объекте в центре нашей Галактики» (о Нобелевской премии в 2020 году в области астрофизики см. статью по ссылке).
Предполагаемая структура Млечного Пути: «звёздный» диск из двух компонентов (толстый и тонкий диск), ядро (балдж), шаровые звёздные скопления и гало тёмной материи.
О свойствах таких фантомных объектов, как чёрная дыра или тёмная материя мы в основном можем судить по их гравитационному взаимодействию с окружением. Основная разница заключается в том, что «чёрная дыра» — объект точечный по сравнению с расстоянием до ближайших гравитационно связанных с ним небесных тел. Это относится как к «чёрным дырам звёздной массы», так и к сверхмассивным дырам в центрах галактик. Напротив, «сгусток тёмной материи» предполагает протяжённый объект с неоднородным распределением массы — некоторое невидимое, но массивное облако, которое влияет на движущиеся вблизи и внутри него объекты. Необходимость введения тёмной материи возникла из наблюдения за траекториями звёзд в галактике, в том числе в Млечном Пути. Масса галактики, которую можно оценить по видимой материи, то есть плотности звёзд в различных её частях, оказывается сильно недостаточной для объяснения вращения звёзд вокруг галактического центра (про определение массы Млечного Пути с учётом тёмной материи см. другую статью). Если бы «гало» из тёмной материи имело везде в Галактике однородную плотность, о нём говорить вообще не имело бы смысла — оно бы никак не проявляло себя гравитационно. Во всех работах, где говорят о тёмной материи и её влиянии на движение звёзд в галактике, рассматривают различные модельные распределения массы в таком гало. Обычно молчаливо предполагается, что наибольшая плотность такого облака примерно там, где и центр галактики. В остальном распределение плотности тёмного вещества подбирают исходя из разумных допущений с тем, чтобы объяснить кривые скорости звёзд (зависимость скорости звезды от её расстояния до центра галактики). Сейчас в ходу несколько распространённых «подгоночных» профилей для (примеры можно посмотреть в Википедии), они с переменным успехом используются для объяснения различных динамических процессов в Галактике.
Композитный снимок в псевдоцветах показывает разное распределение звёздного вещества (оранжевый), горячего газа (зелёный) и массы в виде тёмной материи (синий цвет) при столкновении нескольких галактик (галактическое скопление Abell 520).
За несколько последних лет в концепции природы Sgr A* как «точечной» чёрной дыры очень большой массы стали появляться нестыковки, связанные с точными наблюдением орбит некоторых ближайших к нему объектов. На таком расстоянии оптически разрешить обычные звёзды, и тем более отследить их траектории сложно, и природа этих объектов до конца неясна. Некоторые из них больше похожи на звёзды, а некоторые имеют черты и звезды, и протяжённого газового облака; соответственно их принято называть и . Вероятно, материал «звёзд» типа G при прохождении по орбите слишком близко от Sgr A* растягивается приливными силами в длинный хвост, как у кометы, но на больших расстояниях снова ведёт себя как звезда. Подробнее про наблюдения за объектами G-типа в центре Галактики есть отдельная статья.
Рассчитанные орбиты 17 S-звёзд вокруг галактического центра (объекта Sgr A*).
Наблюдая за траекториями некоторых из S- и G-объектов, исследователи заметили, что их «гравитационное растяжение» при прохождении вблизи Sgr A* не вполне укладывается в схему с чёрной дырой. Наибольший интерес здесь вызывают два ближайшие к центру Галактики объекта этих типов — S2 и G2. Так, после прохождения перицентра (ближайшей точки орбиты) объект G2, по некоторым расчётам, не мог бы выжить как единое целое и должен был разорваться или поглотиться чёрной дырой. Это должно было произойти на наших глазах в 2013 или 2014 году; вероятно, астрономы с удовольствием готовились к такому необычному зрелищу. Однако G2 после прохождения перицентра сохранился, и его кинематика поставила предполагаемые параметры чёрной дыры в центре Галактики под вопрос. Аналогичные странности находили и в поведении S-объекта S2.
Наблюдаемые траектории оказалось возможным воспроизвести более точно, если вместо чёрной дыры в качестве притягивающей массы расположить распределённый объект, состоящий из компактного массивного ядра и протяжённого размытого гало. Такие модели устройства «невидимой массы» в Галактике сосуществуют наряду с гипотезой о чёрной дыре. Как известно из законов тяготения, перераспределение массы центрального объекта никак не может повлиять на движение небесных тел на больших расстояниях. Любое тело с центрально-симметричным распределением вещества притягивает объекты с такой же силой, как такая же масса, сосредоточенная в его центре. Поэтому за пределами центрального звёздного кластера на расстоянии около 0,1 парсека от Sgr A* замена чёрной дыры на сгусток тёмной материи не будет иметь последствий — достаточно подобрать облако с такой же суммарной массой. Но для траекторий близких объектов различия могут быть ощутимыми. Оказалось, что надлежащим образом подобранная модель «распределённой» тёмной массы лучше описывает поведение «звезды» G2 и наблюдаемые траектории 17 ближних S-звёзд, которые удалось определить с наиболее высокой точностью. В мае 2021 года в MNRAS (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) вышла статья группы астрофизиков на базе ICRA (Международного центра релятивистской астрофизики в Италии), в которой продолжается исследование этой альтернативной гипотезы строения центра Галактики.
В основе этого варианта модели лежит фермионная тёмная материя, которая состоит из некоторых гипотетических частиц — авторы предлагают называть их даркино. Такую модель недавно предложили исходя из уравнений общей теории относительности и термодинамики фермионного газа (частиц, подчиняющихся статистике Ферми—Дирака — к ним, например, относятся электроны). На расстояниях, сопоставимых с размерами ядра галактики и больше, модель ведёт себя подобно множеству аналогичных выражений для плотности гало из тёмной материи и удовлетворительно объясняет кривые скорости звёзд в Галактике. Но в центре такого сгустка, в его компактной части (внутри орбиты самого ближнего объекта S2) «газ» вырожден и в игру вступают законы квантовой физики. Если плотность частиц тёмной материи превышает критическое значение, может произойти гравитационный коллапс фермионного газа с образованием уже знакомой галактической сверхмассивной чёрной дыры. Такой механизм может реализоваться не только в Млечном Пути, но и в других галактиках.
Центр Млечного Пути на звёздном небе. L. Landolfi.
Источник