Художественная иллюстрация сердца галактики M31. Изображение предоставлено НАСА. Нажмите, чтобы увеличить.
Астрономы с помощью космического телескопа НАСА Хаббл определили источник загадочного синего света, окружающего сверхмассивную черную дыру в соседней галактике Андромеды (M31). Хотя свет озадачивал астрономов более десяти лет, новое открытие делает историю еще более загадочной.
Синий свет исходит от диска горячих молодых звезд. Эти звезды вращаются вокруг черной дыры примерно так же, как планеты в нашей солнечной системе вращаются вокруг Солнца. Астрономы недоумевают, как звездный диск в форме блина мог образоваться так близко к гигантской черной дыре. В такой враждебной среде приливные силы черной дыры должны разрывать материю на части, затрудняя коллапс газа и пыли и образование звезд. По словам астрономов, наблюдения могут дать ключ к разгадке активности ядер более далеких галактик.
Обнаружив звездный диск, астрономы также собрали то, что, по их словам, является неопровержимым доказательством существования чудовищной черной дыры. Эти данные помогли астрономам исключить все альтернативные теории о темной массе в ядре Андромеды, которое ученые давно подозревали в качестве черной дыры.
«Увидеть эти звезды - все равно что наблюдать за фокусником, вытаскивающим кролика из шляпы. Вы знаете, что это произошло, но не знаете, как это произошло, - сказал Тод Лауэр из Национальной оптической астрономической обсерватории в Тусоне, штат Аризона. Он и группа астрономов во главе с Ральфом Бендером из Института внеземной физики Макса Планка в Гархинге, Германия, и Джоном Корменди из Техасского университета в Остине, провели наблюдения Хаббла. Результаты группы будут опубликованы в выпуске Astrophysical Journal от 20 сентября 2005 года.
Хаббл исследует странный синий свет
Астроном Иван Кинг из Вашингтонского университета и его коллеги впервые заметили странный синий свет в 1995 году с помощью телескопа Хаббл. Он подумал, что свет мог исходить от одной ярко-голубой звезды или, возможно, от более экзотического энергетического процесса. Три года спустя Лауэр и Сандра Фабер из Калифорнийского университета в Санта-Крузе снова использовали телескоп Хаббла для изучения синего света. Их наблюдения показали, что синий свет был скоплением синих звезд.
Теперь новые спектроскопические наблюдения с помощью спектрографа изображения космического телескопа Хаббла (STIS) показывают, что синий свет состоит из более чем 400 звезд, которые образовались в результате всплеска активности около 200 миллионов лет назад. Звезды плотно упакованы в диск диаметром всего световой год. Диск расположен внутри эллиптического кольца из более старых, холодных и красных звезд, которое наблюдалось в предыдущих наблюдениях Хаббла.
Астрономы также использовали STIS для измерения скорости этих звезд. Они получили скорости звезд, вычислив, насколько их световые волны растягиваются и сжимаются при движении вокруг черной дыры. Под влиянием гравитационной хватки черной дыры звезды движутся очень быстро: 2,2 миллиона миль в час (3,6 миллиона километров в час, или 1000 километров в секунду). Они движутся так быстро, что им потребуется 40 секунд, чтобы облететь Землю, и шесть минут, чтобы добраться до Луны. Самые быстрые звезды обращаются по орбите за 100 лет.
Активное ядро Андромеды, вероятно, делало подобные диски из звезд в прошлом и, возможно, продолжит их делать.
«Голубые звезды в диске настолько недолговечны, что маловероятно, что за долгую 12-миллиардную историю Андромеды такой недолговечный диск появится сейчас», - сказал Лауэр. «Вот почему мы думаем, что механизм, который сформировал этот звездный диск, вероятно, сформировал другие звездные диски в прошлом и запустит их снова в будущем. Однако мы до сих пор не знаем, как вообще мог образоваться такой диск. Это все еще остается загадкой ».
Астрономы приписывают великолепное видение Хаббла обнаружению диска.
«Только Хаббл имеет разрешение в синем свете, чтобы наблюдать этот диск», - сказал член группы Ричард Грин из Национальной оптической астрономической обсерватории в Тусоне. «Он настолько мал и настолько отличается от окружающих красных звезд, что мы смогли использовать его, чтобы исследовать очень динамичное сердце Андромеды. Эти наблюдения были сделаны членами нашей команды, создавшей STIS. Мы разработали его видимый канал специально, чтобы воспользоваться такой возможностью? для измерения звездного света ближе к черной дыре, чем в любой другой галактике за пределами нашей.
Твердые доказательства существования чудовищной черной дыры
Помимо открытия звездного диска, астрономы использовали этот уникальный взгляд на Андромеду, чтобы однозначно доказать, что в галактике находится черная дыра в центре. В 1988 году в ходе независимых наземных исследований Джон Корменди и команда Алана Дресслера и Дугласа Ричстоуна обнаружили центральный темный объект в Андромеде, который, по их мнению, был сверхмассивной черной дырой. Это был первый убедительный аргумент в пользу того, что сейчас насчитывается 40 обнаружений черных дыр, большинство из которых сделал Хаббл. Эти наблюдения, однако, не исключили окончательно другие, очень экзотические и гораздо менее вероятные альтернативы.
«Есть веские причины полагать, что это сверхмассивные черные дыры», - сказал Корменди. «Но крайние утверждения требуют чрезвычайно веских доказательств. Мы должны быть уверены, что это черные дыры, а не темные скопления мертвых звезд ».
Наблюдения Андромеды с помощью STIS настолько точны, что астрономы исключили все другие возможности того, каким мог быть центральный темный объект. Они также подсчитали, что масса черной дыры составляет 140 миллионов Солнц, что в три раза больше, чем считалось ранее.
Пока что темные скопления окончательно исключены только в двух галактиках, NGC 4258 и нашей галактике Млечный Путь. «Эти две галактики дают нам недвусмысленное доказательство существования черных дыр», - добавил Корменди. «Но и то, и другое - особые случаи? NGC 4258 содержит диск из водяных мазеров, который мы наблюдаем с помощью радиотелескопов, а наш галактический центр расположен так близко, что мы можем следить за отдельными звездными орбитами. Андромеда - первая галактика, в которой мы можем исключить все экзотические альтернативы черной дыре, используя Хаббл и те же методы, с помощью которых мы находим почти все сверхмассивные черные дыры ».
«Изучение черных дыр всегда было основной задачей Хаббла», - сказал Корменди. «Преодоление черной дыры в Андромеде, без сомнения, является важной частью ее наследия. Это делает нас более уверенными в том, что другие центральные темные объекты, обнаруженные в галактиках, тоже являются черными дырами ».
«Теперь, когда мы доказали, что черная дыра находится в центре диска синих звезд, формирование этих звезд становится трудным для понимания», - добавил Бендер. «Газ, который может образовывать звезды, должен так быстро вращаться вокруг черной дыры? и намного быстрее вблизи черной дыры, чем дальше? это звездообразование выглядит почти невозможным. Но звезды есть ».
Активное ядро галактики
Черная дыра и звездный диск - не единственные архитектурные элементы ядра Андромеды. Команда под руководством Лауэра и Фабера с помощью телескопа Хаббла в 1993 году обнаружила, что в центре галактики находится двойное звездное скопление. Это открытие стало неожиданностью, потому что два скопления должны слиться в одно всего через несколько сотен тысяч лет. Скотт Тремейн из Принстонского университета решил эту проблему, предположив, что «двойное ядро» на самом деле было кольцом из старых красных звезд. Кольцо выглядело как два звездных скопления, потому что астрономы видели звезды только на противоположных концах кольца. Кольцо находится примерно в пяти световых годах от черной дыры и окружающего ее диска синих звезд. Диск и кольцо наклонены под тем же углом, что и при взгляде с Земли, предполагая, что они могут быть связаны.
Хотя астрономы удивлены, обнаружив голубой звездный диск, вращающийся вокруг сверхмассивной черной дыры, они также говорят, что загадочная архитектура может быть не такой уж необычной.
«Динамика в ядре этой соседней галактики может быть более обычной, чем мы думаем», - объяснил Лауэр. «В нашем собственном Млечном Пути, очевидно, есть еще более молодые звезды, близкие к его собственной черной дыре. Кажется маловероятным, что только две ближайшие большие галактики должны иметь такую странную активность. Так что такое поведение может быть не исключением, а правилом. И мы нашли другие галактики с двойным ядром ».
Первоисточник: Пресс-релиз Хаббла