И чёрная дыра съела квазар на глазах
Говорят, что если бы на Земле где-нибудь было бы единственное место, где были бы видны звёзды, то эта местность бы однозначно получила бы статус священной территории и святой земли
«Пули Ориона», мчащиеся из недр туманности Ориона со скоростями в сотни километров в секунду.Говорят, что если бы на Земле где-нибудь было бы единственное место, где были бы видны звёзды, то эта местность бы однозначно получила бы статус священной территории и святой земли.
Звёздное небо вокруг нас полно удивительных и уникальных объектов, каждый из которых показывает какую-то грань постоянного развития и изменения нашей Вселенной.Нас в нашем познании громадного пространства и не менее чудовищно длительного времени, формирующих ткань нашего мироздания, продвигает вперёд именно то, что Вселенная громадна — в силу чего она населена и столь же чудовищно громадным числом различных объектов, ещё и находящихся в самых разнообразных видах взаимодействия.
Так, например, окраины туманности Ориона пронзают «космические пули», замечательную фотографию которых я вынес в заглавие статьи. Эти космические снаряды, летящие всего в 1 500 световых лет от нас, представляют собой относительно плотные облака горячего водородного газа, каждое из которых где-то вдесятеро больше пространства, ограниченного орбитой Плутона.
Пули Ориона выброшены в пространство энергией рождающихся в туманности массивных звёзд. В искусственных цветах фотографии они выглядят голубыми. Сияя светом ионизованных атомов железа, космические пули летят со скоростью в сотни километров в секунду, оставляя след из желтоватого водорода, нагретого ударной волной. Расходящиеся от них конические волны простираются на одну пятую часть светового года.
Вы хотели свидетельств рождения звёзд в нашей Галактике? Вот они, на снимке 8,1-метрового чилийского инфракрасного телескопа Джемини-Юг...
Ну а уникальность Пуль Ориона состоит ещё и в том, что мы застали чудовищно краткий миг в эволюции звёзд: по современным представлениям этап дифференциации протозвёздного облака на отдельные части занимает не более нескольких сотен тысяч лет.
Новые открытия, касающиеся мира вокруг нас, уже давно подтвердили многие из теорий, которые ещё тридцать-сорок лет назад казались невозможными к подтверждению экспериментальным путём.
Например, в массовом сознании бытует сюжет о том, что СТО (специальная теория относительности) и ОТО (общая теория относительности), выдвинутые в начале ХХ века Эйнштейном, так до сих пор и не нашли своего экспериментального подтврерждения.
Это не так.
Например, система спутников GPS (или ГЛОНАСС, разницы нет) для своей работы использует высокоточные атомные часы, для которых точность хода составляет около 1 наносекунды в сутки. Столь поразительная точность, вообще-то, и позволяет нам при желании определять местоположение объекта на Земле с точностью до 30 см (это «военная» технология GPS/ГЛОНАСС, впрочем, уже доступная и простым смертным при использовании наземных корректирующих станций).
Каждый раз, используя автомобильный навигатор или глобальное позиционирование на своём смартфоне, вы подтверждаете СТО и ОТО товарища Эйнштейна.
Спутники глобальной системы позиционирования находятся на высоте около 26 600 километров, двигаясь с собственной скоростью около 3,9 километра в секунду относительно условно-неподвижного центра Земли. Согласно положениям СТО движущиеся часы на спутниках будут идти немного медленнее, чем аналогичные часы на поверхности Земли, которые, например, на экваторе будут иметь максимальную окружную скорость всего лишь в 465 м/c.
С другой стороны, согласно положениям ОТО — на спутниковые часы будет действовать обратный эффект, который заставит их идти чуть быстрее, в силу того, что спутники находятся в более слабом гравитационном поле, нежели аналогичные часы на поверхности Земли.
По расчётам формул СТО и ОТО эффект замедления часов за счёт СТО составит около 7200 наносекунд в день, а ускорения за счёт эффектов ОТО — немного больше, около 45 900 наносекунд в день.
Для обычного человеческого понимания вопроса что 7200, что 45 900 наносекунд в день — это практически что «строгий ноль», но вот для спутниковых высокоточных часов — это целая вечность. Точно также, если бы спутники GPS/ГЛОНАСС не учитывали эффекты СТО и ОТО, то 40 000 наносекунд (нано, напомню, это 10-9) или же 4 * 10-5 секунды, приводило бы к тому, что за такой промежуток времени сигнал со спутников проходил бы дополнительно около 12 километров расстояния, в силу чего о позиционировании «с точностью до метров» можно было бы успешно забыть.
На практике же атомные часы на спутниках системы глобального позиционирования «подкручивают» каждые сутки на те самые 38 700 наносекунд, что и позволяет им обеспечивать столь поразительную точность определения местоположения любого объекта.
Ещё более интересные эффекты дают СТО и ОТО при межгалактических расстояниях. На таких расстояниях эффекты СТО и ОТО могут растягивать различные эффекты уже не на секунды, а на месяцы и даже годы.
Так, в 1998 году случилось интересное явление — в далёкой галактике вспыхнула ярчайшая сверхновая звезда. В 1998 году она, понятное дело, вспыхнула именно для нас, на деле же взрыв сверхновой произошёл около 10 миллиардов лет тому назад, когда нашей Земли и нашего Солнца ещё и в помине не было.
Уникальность этого явления состояла в том, что удалённая галактика, в которой вспыхнула сверхновая звезда, расположена для нас позади громадного галактического кластера MACS J1149.5+2223, который и сам состоит из сотен галактик.
В результате, согласно положениям ОТО, данный суперкластер своим тяготением отклоняет свет далёкой галактики, создавая на нашем небе дополнительные изображения сверхновой звезды, да ещё и немного разнесённые по шкале времени, так как в результате искривления пространства свет проходит ещё и разные расстояния до нас.
Наглядная картинка искривления пространсва-времени возле кластера галактик MACS J1149.5+2223, который создаёт дублирующие изображения далёкой сверхновой.
При более позднем анализе снимков 1998 года след сверхновой был обнаружен возле одной из галактик суперкластера MACS J1149.5+2223, где она и вспыхнула впервые для нас. Этот объект помечен на композитном фото красной окружностью в верхнем левом углу:
Три наблюдения сверхновой — в 1998-м (вверху, слева), в 2014-м (внизу, справа) и в 2015-м году (посредине, в центре).
На основании трёхмерной модели суперкластера MACS J1149.5+2223 (и тут мы, кстати, вспоминаем о том, что расстояния до галактик мы определяем как раз по их космологическому красному смещению), учёные НАСА составили и соответствующую этой модели суперскопления картину гравитационного линзирования света сверхновой, которая была обнаружена повторно в ноябре 2014 года (это наблюдение отмечено красной окружностью в нижней правой части снимка).
Результатом этого моделирования стало предсказание того, что третье наблюдение сверхновой состоится в конце 2015-го — начале 2016-го года и произойдёт возле ещ одной видимой галактики скопления MACS J1149.5+2223, расположеной посредине между наблюдениями 1998-го и 2014-го годов:
Описание происходящего с точки зрения орбитального телескопа «Хаббл»
Для проверки результатов был использован телескоп «Хаббл», который периодически делал снимки кластера. И вот, 11 декабря 2015 года сверхноваявспыхнула ровно там, где и предсказывали модели, где это было возможно с точки зрения ОТО — и точно по расписанию.
Свет от гибели далёкой звезды опоздал к нам на 17 лет, задержавшись около массивной галактики далёкого сверхскопления.
Снимки телескопа «Хаббл» от 30 октября и 11 декабря 2015-го года, наглядно показывающие правоту ОТО и подтверждающие правильность определения расстояния с помощью красного смещения.
Интересно, что наряду с такими краткосрочными, хотя и поразительными эффектами, мы наблюдаем торжество ОТО и в рамках постоянных наблюдений удалённых объектов.
Так, например, одним из постоянных объектов на нашем небе является так называемый «Крест Эйнштейна» или же гравитационно-линзированное изображение удалённого квазара Q2237+030.
Этот квазар по случайному стечению обстоятельств для нас оказался видимым практически точно за ярдом массивной галактики ZW 2237+030.
Само ядро линзирующей галактики ZW 2237+030, по традиции увенчанное громадной чёрной дырой, мы практически не видим, точно также, как с трудом различаем в телескопы и её спиральные рукава, а вот свет квазара из-за эффекта гравитационной линзы доходит к нам не с одного, а с целых пяти направлений, которые и формируют очень красивую картинку, похожую на лист клевера:
Квазар «Крест Эйнштейна» в виде листа «счастливого клевера» — ещё одно зримое подтверждение ОТО.
Ну и, пожалуй, последнее в этой части рассказа о Вселенной удивительное событие.
Многие считают, что наша Вселенная стабильна и спокойна, в результате чего, например, практически невозможно увидеть в ней какие-нибудь явления галактического масштаба за отведенное нам скромное мгновение человеческой жизни.
Однако, это не так.
Громадное число наблюдаемых объектов даёт нам надежду увидеть не только взрывы или рождения отдельных звёзд, но даже и эволюцию галактик.
Я писал в прошлой части рассказа о том, что основная теория существования квазаров — это наблюдение нами ядер молодых, сверхактивных галактик такими, как они были 5-10 миллиардов лет тому назад, когда их центральные сверхмассивные дыры алчно поглощали окружающий их межзвёздный газ, а то и целые звёзды.И вот совсем недавно, эта теория нашла наблюдаемое подтверждение.
Изображение SDSS J1011+5442 в представлении художника на фоне его наблюдаемого спектра излучения.
В 2003 году в рамках проекта «Цифровая карта неба Слоана» астрономы впервые наблюдали квазар SDSS J1011+5442 и по спектру этого объекта приблизительно определили расстояние до него и оценили массу этого объекта в 50 миллионов масс Солнца.
Однако, в конце 2015 года американский астроном Джесси Раноу из Пенсильванского университета, совместно с коллегами, проверив вновь яркость квазара SDSS J1011+5442, внезапно обнаружили, что он стал куда более тусклым.
Тогда исследователи собрали данные измерений по SDSS J1011+5442, выполненные другими телескопами и группами учёных за последние 12 лет, с момента составления «Цифровая карта неба Слоана» и по сегодняшний день.
Оказалось, что всего за два последних года яркость квазара уменьшилась в 50 раз, и у учёных сразу возникло предположение, что чёрная дыра, которая и создаёт интенсивно светящиеся струи раскалённого газа (джеты квазара) буквально на глазах «доела» весь окружающий её газ. Чтобы подтвердить эту версию, учёные оценили и отвергли все альтернативные объяснения — например, что квазар SDSS J1011+5442 могло закрыть плотное облако пыли из той же галактики.
Кроме того, есть и ещё одно объяснение, что наблюдение 2003 года, в рамках составления «Цифровая карта неба Слоана» совпало с яркой вспышкой в тот момент, когда чёрная дыра поглотила целую звезду. Но в этом случае свечение такого события не могло продержаться почти десять лет. «По сути, это означает, что у чёрной дыры закончилась "еда", по крайней мере, на данный момент, и нам повезло поймать этот момент», – сообщила Ранноу в своём пресс-релизе.
Исходя из этого, последние теоретические расчёты и данные наблюдений позволяют предположить, что квазары сияют на протяжении нескольких сотен тысяч лет — и наблюдение нами тысяч активных квазаров и наблюдение даже отдельно взятой «смерти квазара» говорит нам о миллиардах или даже возможно о триллионах галактик....
«Цифровая карта неба Слоана». Каждая точка — отдельная, наблюдаемая нами галактика. Для эстетов — в полном разрешении.
Триллионы отдельных галактик. 30 миллиардов триллионов (3×10²²) звёзд.
Левиафан бесконечности смотрит на тебя, человечество.
Врата его пасти, зубов его блеск. Библейскому Иову и не снилась такая бездна...Источник. Печатается с разрешения автора