Астрономы увидели шторм в черной дыре, бушевавший 13 миллиардов лет назад
Ученые из Национальной астрономической обсерватории Японии рассмотрели космический шторм, произошедший 13,1 миллиарда лет назад, когда Вселенная была совсем юной. Это самая ранняя космическая буря, которую человечеству удавалось разглядеть, и она может стать ключом к разгадке истории образования галактик.
Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal, коротко о нем рассказывает Science Alert.
Сверхмассивная черная дыра — это огромный объект, масса которого в миллионы или даже миллиарды раз превышает массу Солнца. Она представляет собой сердце галактической системы — гравитационное ядро, вокруг которого вращаются все остальные объекты в галактике.
Сверхмассивные черные дыры также играют огромную роль в формировании своих галактик. Сильные ветры сверхмассивной черной дыры пронизывают космос, унося с собой материю, которая в других областях может коллапсировать в новые звезды. Теория предполагает, что сверхмассивные черные дыры и их галактики развиваются вместе.
В новом исследовании астрономы использовали радиотелескоп ALMA в Чили, чтобы найти движение в потоках газа вокруг галактик с сверхмассивными черными дырами в ранней Вселенной.
Они обнаружили галактику под названием J1243 + 0100, всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. В ней происходит мощный космический шторм, где скорость космического ветра составляет 500 км/с, а поток вещества составляет 447 солнечных масс в год.
Это делает этот шторм самым ранним из выявленных на сегодняшний день ветров черной дыры, отодвинув рекорд на 100 миллионов лет назад.
Это говорит о том, что коэволюция сверхмассивных черных дыр и их родительских галактик уже происходила в ранней Вселенной, по крайней мере, через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.
Источник
Пустая Вселенная: космология через 100 миллиардов лет
8-04-2011, 16:55 | Наука и техника / Теории и гипотезы | разместил: gopman | комментариев: (1) | просмотров: (8 977)
Маркус Чоун (New Scientist)
фото: Одинокая галактика (автор Larry Landolfi/SPL)
Небеса далекого будущего будут пусты и темны, но у наших далеких предков будет одна возможность, которая позволит им описать Вселенную. Когда-то, давным-давно, мы делили Вселенную со 100 миллиардами галактик, но теперь у нас остался единственный остров звезд, плавающий в невыразимо обширном и невыразимо пустом космосе. Таким можно будет увидеть Млечный путь, когда Вселенная постареет еще на 100 миллиардов лет. Виновником такого одинокого будущего является темная энергия, таинственная сила, заставляющая расширяться Вселенную с нарастающим ускорением. Через миллиарды лет от нас, это расширение уведет все остальные галактики за космический горизонт, туда, откуда их свет никогда не сможет достичь нас. И наша галактика останется единственной в наблюдаемой человеком Вселенной. Такой, будоражащий воображение образ, заставляет некоторых исследователей задуматься над идеей перемещения нашей галактики в иное, более гостеприимное место. Другие исследователи более оптимистично говорят о нашей судьбе и пытаются ответить на вопрос, а что же космологи будущего будут в состоянии сказать о Вселенной, в которой живут.
Мы живем в очень удачное время космической истории, поскольку можем довольно пристально рассматривать с помощью телескопов ночное небо, пылающее от миллиардов галактик. Отслеживая их движение, мы пришли к выводу, что в прошлом наша Вселенная была много меньше и 13,7 миллиарда лет назад она была рождена во взрыве, который мы называем Большим Взрывом.
Перенесемся на 100 миллиардов лет вперед и тогда увидим, что в нашей Вселенной больше нет галактик, кроме нашей. Конечно в это время такая наука, как космология стала бы просто невозможной. Или это не так?
В октябре прошлого года Абрахам Лоеб, The centre for Astrophysics at Harvard University, выступил с публичной лекцией на тему “Вселенная в отдаленном будущем”. Он говорил, что законы физики и космологии настолько точны, что в состоянии предсказать, что произойдет с нашей Вселенной через миллиарды лет. После его лекции множество людей задали ему один и тот же вопрос — В состоянии ли будет человеческий разум, если он будет еще существовать, выяснить столько много о Вселенной, насколько это можем выяснить мы? Этот вопрос заинтриговал Лоеба и в свободное от занятий со студентами время он занялся изучением этой идеи.
Довольно быстро он выяснил, что большинство астрономов были слишком пессимистичны. Невероятно, но будет существовать способ исследовать космологию Вселенной и через 100 миллиардов лет от нашей эры. “Когда нет больше галактик, чтобы использовать их в качестве индикаторов расширения Вселенной, возможно для этой цели использовать другие астрономические тела”, — говорит Лоеб. Чтобы понять смысл данного утверждения, мы должны сначала понять, что случится с нашей Вселенной и, в частности, с нашей галактикой более чем за сотню миллиардов лет. За этот огромный промежуток времени с нашим Млечным Путем произойдут два основных события – одно драматическое, а второе не столь драматическое, но одинаково серьезные по своим последствиям. Эти последствия породит гравитация нашей соседней галактики, туманности Андромеды, которая в результате взаимного притяжения галактик движется к нам. В течение нескольких миллиардов лет гигантская спиральная галактика будет все больше и больше проявляться в нашем ночном небе, пока мы не увидим две полосы звезд, вместо одной, отражающей Млечный Путь. Через 2,3 миллиарда лет она пролетит около Млечного пути. Ее гравитация вызовет немного больший эффект, чем звездная рябь в нашей галактике. Но это событие явится генеральной репетицией главного события. Подобно маятнику, проходящему самую нижнюю точку траектории и возвращающемуся назад, вернется и Андромеда. И на сей раз столкнется с Млечным Путем, вызвав катастрофу. В результате сверхмассивные черные дыры, находящиеся в центрах обоих галактик, сольются, и движение окружающих их звезд обратится в хаос. “Там, где когда-то было две спиральных галактики, возникнет сферический рой звезд”, — утверждает Лоеб. “В суматохе наше Солнце будет отброшено от своего положения (26 000 световых лет от центра галактики) приблизительно до 60 000 световых лет от центра нового образования”
(Эмуляцию процеса столкновения Млечного Пути и Андромеды можно увидеть здесь)
Лоеб и другие смоделировали возникшую эллиптическую галактику Майлкомеда (Milkomeda). Именно в этой галактике массивные яркие звезды сожгут все свое топливо и погибнут. Это же ждет и наше Солнце. Через 5 миллиардов лет оно выработает все ядерное топливо и перестанет быт звездой, дающей жизнь на Земле. Оно раздуется в красный гигант, возможно поглотив при этом Землю. Затем сожмется до земных размеров, исчезнув при этом как звезда. “К этому времени наши потомки, если они будут еще существовать, вынуждены будут оставить нашу планету”.- говорит Лоеб. К счастью, нехватки альтернатив для размещения человечества не будет. Приблизительно 70% оставшихся звезд будут иметь массу порядка солнечной и меньше. Это будут красные, низкоэнергетические звезды, крайне скупо расходующие свое ядерное горючее. Такие звезды могут гореть в течение 10 000 миллиардов лет. “И они имеют пригодные для жизни зоны, и планеты, находящиеся в этих зонах, могли бы поддерживать жизнь” — надеется Лоеб.
Вид неба на планете, вращающейся вокруг красного карлика, отнесенного во времени от нас на 100 миллиардов лет, очень сильно отличался бы от нашего ночного неба. Мы видим на земном небе тысячи звезд, видимых невооруженным взглядом, но через 100 миллиардов лет, ни одна из звезд не будет достаточно яркой, чтобы своим светом пронзить темноту. Еще печальней был бы вид Вселенной в телескоп, а если быть точнее, то отсутствие всякого вида. Темная энергия обладает отталкивающей гравитацией, которая ускоряет расширение Вселенной. Удивительно, но темная энергия становится все более мощной по мере расширения Вселенной. Если Вселенная удваивается в своем объеме – темная энергия тоже удваивается и так далее. Поэтому не гравитация управляет Вселенной, а темная энергия.
Расширение Вселенной разгоняет галактики, в конечном итоге заставляя их убегать от нас со скоростью, равной скорости света. Когда такое произойдет, свет от этих галактик не сможет достигнуть нас. Поэтому астрономы через 100 миллиардов лет будут наблюдать за обширной темной пустошью, совершенно лишенной галактик. Казалось бы, что в подобных условиях говорить о космологии станет делом, полностью бесперспективным. Однако работа Лоеба показывает, что это не совсем так. Одним из объектов его исследования стала группа замечательных объектов, называемых гиперскоростными звездами. Эти объекты были обнаружены в 2005 году Уорреном Брауном, Гарвард, Уоррен Браун обратил свое внимание на молодую горячую синюю звезду, летящую через ореол Млечного Пути наружу с удивительной скоростью 850 километров в секунду. “Новые звезды не могут рождаться в ореоле и, обнаружение ее именно там, выглядело как воспаленный большой палец руки”, — говорит Лоеб. ”Эта звезда была явно не оттуда”. Звезда, находящаяся на расстоянии 250 000 световых лет от центра галактики, летящая с такой скоростью, в состоянии преодолеть силы гравитации Млечного Пути в целом. Единственная вещь, которая могла бы разогнать звезду до такой скорости это прохождение звезды вблизи сверхмассивной черной дыры, скрывающейся в центре нашей галактики. Со времени открытия первой гиперскоростной звезды было обнаружено еще 14 подобных объектов. Согласно Лоебу, наша супермассивная черная дыра выбрасывает звезду из галактики примерно каждые 100 000 лет с тех пор, как 10 миллиардов лет назад родилась наша галактика. Лоеб утверждает, что уже было изгнано приблизительно 100 000 звезд и самые ранние “изгнанники” уже удалились от галактики на 50 миллионов световых лет.
Именно такие звезды, изгнанные сверхмассивной черной дырой Майлкомеды, по утверждению Лоеба, могут сыграть роль космологических индикаторов. Обнаружение таких суперслабых звезд, мчащихся вдаль от Майлкомеды, будет делом нелегким. Но, поскольку мы их наблюдаем, это смогут сделать и астрономы далекого будущего. Ключом к построению космологии будущего будет являться эффект Доплера, эффект смещения спектра света, излученного звездой, в красную область, если звезда удаляется. Причем, чем дальше уходит звезда, тем это смещение спектра сильнее. Таким образом, измерение эффекта Доплера скажет Вам, насколько расширилась Вселенная с тех пор, как этот свет был излучен. Проводя эти измерения для гиперскоростных звезд на различных расстояниях, космологи Майлкомеды будут в состоянии фиксировать расширение Вселенной, фиксировать точно таким же способом, каким мы обнаружили в свое время космическое ускорение, используя для этого взрывы сверхновых звезд в других галактиках.
Поскольку Вселенная расширяется, плотность материи становится все меньше. Таким образом, будущие астрономы будут в состоянии определить, когда в прошлом материя была более плотная, и они будут в состоянии указать точно, когда отталкивающая сила темной энергии преодолела гравитацию. Гиперскоростные звезды смогут дать им важную информацию непосредственно о Майлкомеде. Прежде, чем изгнанные звезды уйдут от галактики и будут ускорены космическим расширением, их скорость будет уменьшаться под действием гравитации всех звезд и материи в Майлкомеде. Наблюдая торможение этих звезд, будет возможно сделать вывод о массе и плотности Майлкомеды.
Удастся ли этим космологам ответить на вопрос о возникновении Вселенной? Сегодня мы можем наблюдать тусклое послесвечение, оставшееся после Большого Взрыва. Это космическое микроволновое фоновое излучение, имеющее характерную длину волны. Реликтовое излучение. “Но через 1000 миллиардов лет длина волны этого излучения, равная сегодня примерно двум миллиметрам, станет большей, чем размеры наблюдаемой Вселенной”, утверждает Лоеб. “И это излучение практически станет недоступным для изучения”. Невероятно, но и тут не все потеряно. Лоеб указывает на легкие элементы – гелий, водород, литий и т.д. Легкие звезды, преобразующие в своих ядрах водород в гелий, смогут обеспечить превращение в гелий всего нескольких процентов водорода Вселенной. Но уже сейчас мы можем говорить, что гелий составляет 25% всей массы Вселенной. Единственное объяснение этому факту заключается в утверждении, что на ранних этапах формирования Вселенная прошла сверхплотную, сверхгорячую фазу, в которой и образовался современный гелий. Таким образом, изобилие легких элементов в Майлкомедии скажет космологам будущего, что Вселенная испытала горячий Большой Взрыв, говорит Лоеб. “Вопреки всем ожиданиям, астрономы будущего будут в состоянии воссоздать всю историю Вселенной”, — утверждает Лоеб.
Фред Адамс, University of Michigan, заинтересовался предложением Лоеба использовать гиперскоростные звезды для исследования космического расширения. Но он указал и на недостатки этой идеи. “Даже наименьшие, дольше всех живущие звезды сожгут свое топливо приблизительно за 10 миллиардов лет. А тогда мы снова оказываемся вне игры”, — говорит он.
Но не каждый исследователь столь оптимистичен по отношению к будущему Вселенной, как Адамс и Лоеб Фримен Дайсон, Institute for Advanced Study in Princeton, потрясен перспективой существования в будущей Вселенной одинокой, суперунылой галактики. “Обрисовывается мрачная картина будущего, ждущего наших потомков”, пишет он в своем послании Лоебу. Дайсон размышляет по поводу возможности изменения подобного будущего в результате вмешательства разума. Он задается вопросом, могла ли бы высокоразвитая цивилизация переместить галактики, используя энергию их гравитации. Концентрируя их в одной гигантской супергруппе, жители этих галактик по крайней мере останутся вместе, в то время как остальные галактики исчезнут за горизонтом. “Наши потомки остались бы, общаясь с обитателями 100 миллионов галактик, вместо того, чтобы оставаться в одиночестве”, — мечтает Дайсон. На что Лоеб отвечает, что проще было бы найти группу галактик с большой концентрацией, вроде группы Комы, и перелететь туда. “Хоть поездка на расстояние 320 миллионов световых лет была бы очень длинной, но это намного легче, чем преобразовывать космос”, — говорит он.
Даже если наши потомки останутся в пределах одной галактики, то им не будет одиноко, утверждает Грэг Логлин, University of California at Santa Cruz, “Майлкомедия будет содержать свыше 100 000 миллиардов карликовых звезд и более 100 миллиардов планет. Это множество миров, доступных для исследования, таким образом, будущее, по крайней мере на ближайшие 100 миллиардов лет, не будет слишком скучным”, — говорит Логлин.
В заключение своей статьи Лоеб высказал довольно причудливую мысль. Он написал: «Моя статья, единственная из всех, которые я когда либо писал, имеет шанс на то, чтобы быть процитированной через 1000 миллиардов лет”.
Источник
➤ Adblockdetector