Почему именно там? Во-первых, это относительно недалеко. Во-вторых, это единственное место в Солнечной системе, которое полностью изолировано от радиопомех с Земли (телевещание, спутниковые сигналы). В-третьих, это позволит нам лучше понять эволюционный механизм Вселенной за счет наблюдения недоступной ранее части спектра.
Основой LCRT станет сетка из тонкой проволоки (рассматривается вариант из космического алюминия), натянутая в кратере диаметром 3-5 километров. Эта сетка будет формировать параболический рефлектор диаметром в один километр, что сделает его крупнейшим радиотелескопом с заполненной апертурой в распоряжении человечества. В центре этой "чаши" будет подвешен приемник для улавливания отраженных радиосигналов.
Примечательно, что процесс строительства будет полностью автоматизирован за счет умных роботов-роверов DuAxel, специально разрабатываемых для автономного перемещения по сложному лунному рельефу и реализации поставленных задач.
DuAxel — разделяемые роботы, состоящие из двух частей: одна будет служить якорем на краю кратера, а вторая — спускаться на тросе для выполнения работ по натяжению сетки.
Телескоп сможет принимать сверхдлинные радиоволны (длиной более 10 метров), которые не проходят через земную ионосферу. Благодаря этому мы сможем изучать "темные века" Вселенной — период между Большим взрывом и появлением первых звезд.
Парочка чуваков, в 1965 году настраивала девайс для космической связи и радионаблюдением неба. Они никак не могли избавится от шумов в области 160 ГГц (это много, длина волны всего ~ 2мм). Ходят слухи, что они из приёмного волновода - эдакий "рупор" - даже голубиные фекалии выгребали, думали что проблема в них.
Тот самый рупор - спасибо википедии за фоточку
Но теоретики была первее, как всегда. В 1948 году реликтовое излучение было предсказано Георгием Гамовым,
Ральфом Альфером и Робертом Германом на основе созданной ими первой
теории горячего Большого взрыва. Более того, Альфер и Герман смогли
установить, что температура реликтового излучения должна составлять 5 К,
а Гамов дал предсказание в 3 К и оказался прав.
Дальнейшие теоретические исследования теории Большого взрыва показали удивительную вещь. Сначала был момент сингулярности (тут физики ничего не могут сказать толком, так как выходят за пределы планковских параметров (планковские длина, энергия, время и т.п.) - это те пределы на которых работает математика квантовой физики). После этого появилась кварк-глюонная плазма за счёт расширения пространства времени (ΛCDM-модель во все поля).
За счёт расширения температура падала, начали образовываться привычные (на слуху) частицы вроде протонов, нейтронов и электронов - эпоха отделения электрослабого взаимодействия. Именно тогда появляются фотоны. Но им из-за большой плотности вещества некуда дется - они постоянно учавствуют в к-либо квантовых взаимодействиях.
И только когда вселенная ещё немного расширилась, начали образовываться Водород, Гелий и немного Лития - только тогда фотончики смогли вырваться из этой вечной битвы. И именно они, стали видны в качестве реликтового излучения. Произошло это примерно 375 тысяч лет от начала рождения пространства-времени, (нашей вселенной) т.е. "большого взрыва". Т.е. наша вселенная стала прозрачной (transparent) для фотонов (привет ивент ;) ). И не надо смотреть на картинку выше и область, обозванную "Тёмные века" - вселенная стала "прозрачной" для фотонов - они уже не так часто "сталкивались" с другими участниками движухи - плотность "квантовых гопников" резко снизилась, и "мелкие безмассовые" смогли шмыгать между них несталкиваясь.
Ну а "Тёмные века" - просто там, кроме фотончиков реликтового излучения никого и небыло. Телескоп "Джеймс Уэбб" зафиксировал свет от самых первых галактик (но и его возможности не безграничны), с учётом ошибок измерения возраст первых галактик, которые он увидел, оценивается от 320 до 400 млн. лет сначала "Большого взрыва". Так что, думаю, новостей нам может в будущем и прибавится...
Глядя на ясное ночное небо, мы видим тысячи мерцающих точек, каждая из которых может быть солнцем для своих планет. И в нашей Галактике сотни миллиардов звезд, и у подавляющего большинства из них есть планетные системы. Но почему тогда мы до сих пор никого не встретили? Этот простой вопрос привел ученых к одной из самых интригующих загадок современности — гипотезе великого фильтра.
Наука говорит, что для появления разумной жизни нужно пройти множество важных этапов. Это как длинная лестница, где каждая ступенька – ключевое событие: появление первых живых клеток, развитие многоклеточных организмов, возникновение разума, создание технологий. Великий фильтр – это одна из этих ступеней, настолько крутая, что почти никому не удается ее преодолеть.
В чем суть этой гипотезы?
Нашей Вселенной примерно 13,8 миллиарда лет. За столь огромный промежуток времени могло появиться огромное количество развитых цивилизаций, а некоторые из них могли бы даже заселить значительную часть своей галактики, оставив заметные следы. Но мы не видим никаких признаков разумной жизни за пределами Земли. И тут возникает тревожный вопрос: где находится этот великий фильтр — позади нас или впереди?
Если фильтр уже пройден (например, это был сам факт появления сложной клеточной жизни), то мы преодолели самое трудное, и наши шансы на выживание довольно высоки. Но если фильтр ждет нас в будущем — например, это неспособность цивилизации справиться с собственными технологиями или природными катастрофами, — то картина становится куда менее оптимистичной.
Если фильтр в прошлом, он мог быть связан с невероятной сложностью появления жизни (подходящая температура, нужные химические элементы, правильная последовательность реакций – все это должно было совпасть в одном месте и в одно время). Это похоже на попытку собрать работающий компьютер, случайно перемешивая детали в коробке – шансы, что все сложится правильно, исчезающе малы.
Если же фильтр находится впереди, у него может быть несколько форм:
Самоуничтожение через войны или опасные технологии;
Истощение необходимых ресурсов раньше, чем цивилизация сможет покинуть свою планету;
Космические катастрофы — падения астероидов или комет, вспышки сверхновых и гиперновых звезд на относительно небольшом расстоянии;
Физические ограничения, делающие межзвездные путешествия практически невозможными (как синдром Кесслера, когда космический мусор запирает цивилизацию на планете с ограниченными ресурсами);
Биологические угрозы — пандемии, созданные природой или самой цивилизацией, против которых нет защиты;
"Ловушка развития" — когда цивилизация достигает комфортного уровня жизни и теряет стремление к дальнейшему развитию и космической экспансии;
Фундаментальные проблемы сознания — возможно, развитие искусственного интеллекта или изменение собственного разума приводит к непредсказуемым последствиям.
Гипотеза великого фильтра помогает понять, насколько хрупкой может быть цивилизация и как важно ее сохранить. Каждый технологический прорыв, каждое научное открытие – это шаг в неизвестность, который может либо приблизить нас к преодолению фильтра, либо стать той самой преградой, о которую разбиваются цивилизации.
И именно поэтому поиск внеземной жизни теперь становится чем-то большим, чем просто исследование космоса. Если мы найдем хотя бы простейшие формы жизни на других планетах, это может подсказать нам, где находится великий фильтр. А такое знание может оказаться решающим для выживания человечества.
Может быть, главный урок этой гипотезы в том, что наша цивилизация гораздо более уникальна и хрупка, чем мы привыкли думать. И чем лучше мы это понимаем, тем больше шансов успешно пройти все испытания на пути к звездам.
Перед вами снимок ядра кометы Галлея (1P/Halley), размеры которого составляют примерно 8 на 15 километров. Фотография была получена 14 марта 1986 года аппаратом Европейского космического агентства "Джотто", когда он находился на расстоянии около 2 000 километров от кометного ядра.
Яркие столбы света являются результатом сублимации: солнечное тепло разогревает комету, частично превращая в газ отложения водяного льда, скрывающиеся под ее тонкой корой. Газ, вырываясь наружу, придает комете дополнительную скорость, что позволяет ей постепенно отдалиться от Солнца и вернуться в Облако Оорта.
В следующий раз комета Галлея посетит внутреннюю Солнечную систему только в 2061 году.
В самом сердце нашей галактики Млечный Путь, на расстоянии около 25 000 световых лет от Земли, скрывается один из самых впечатляющих объектов — звезда Пистолет (официальное название V4647 Стрельца). Этот космический гигант, окруженный собственной туманностью, по своим характеристикам бросает вызов человеческому воображению.
Звезда Пистолет — очень молодое по космическим меркам светило, чей возраст составляет около четырех миллионов лет. Этот голубой гипергигант в 420 раз больше, в 125 раз массивнее и в 3,3 миллиона раз ярче нашего Солнца! Это делает Пистолет одной из самых ярких и массивных известных звезд во Вселенной. Однако увидеть ее в оптический телескоп невозможно: плотные облака межзвездной пыли, словно космический занавес, скрывают этого звездного гиганта от любознательных астрономов.
Только 10% излучения звезды Пистолет достигает Земли — и то в инфракрасном диапазоне. Именно благодаря инфракрасным телескопам ученые смогли изучить этот удивительный объект и раскрыть его тайны.
Звезда Пистолет и окружающая ее туманность, запечатленные космическим телескопом "Хаббл" / NASA/ESA
Около 6 000 лет назад звезда Пистолет породила грандиозную вспышку, в результате которой она "похудела" примерно на 10 солнечных масс. Из выброшенных газа и пыли в итоге сформировалась окружающая звезду туманность.
Будущее этого космического титана предрешено: по расчетам астрономов, не позднее чем через три миллиона лет звезда Пистолет завершит свой жизненный путь грандиозным финалом. Считается, что это будет либо вспышка сверхновой, либо еще более мощное событие — гиперновая (взрыв сверхмассивной звезды), характерная для звезд, чья масса превышает солнечную более чем в 20 раз.
Такой взрыв станет одним из самых высокоэнергетических событий во Вселенной, на короткое время затмив своим блеском миллиарды обычных звезд.
Перед вами спиральная галактика M 77 в созвездии Кита. Это один из ярчайших представителей галактик Сейферта — особого класса галактик с необычайно активными ядрами.
В "сердце" M 77 находится сверхмассивная черная дыра массой около 15 миллионов солнечных масс. Окружающий ее газопылевой аккреционный диск, разогретый до миллионов градусов и вращающийся на околосветовых скоростях, создает мощное излучение, делая ядро галактики исключительно ярким.
Диаметр этого космического гиганта составляет около 100 000 световых лет, что сопоставимо с размерами нашего Млечного Пути. Находясь на расстоянии около 47 миллионов световых лет от Земли, M 77 является одной из самых хорошо изученных активных галактик благодаря своей относительной близости и яркости.
На этом снимке от космического телескопа NASA/ESA "Хаббл" прекрасно видна спиральная структура галактики с характерным золотистым ядром и синими областями активного звездообразования в спиральных рукавах.
Гамма-всплески (далее ГВ) — масштабные и наиболее яркие события во Вселенной, представляющие собой выброс колоссального количества энергии в виде гамма-излучения.
ГВ могут различаться в зависимости от продолжительности и количества высвобождаемой энергии, поэтому их делят на два вида: короткие ГВ и длинные ГВ.
Короткие ГВ
События такого рода наиболее высокоэнергетические. Они продолжаются от нескольких миллисекунд до двух секунд. К появлению коротких ГВ приводит слияние компактных, но при этом чрезвычайно массивных объектов, таких как пара нейтронных звезд, нейтронная звезда и черная дыра и, возможно (пока лишь теоретически), пара черных дыр. Несмотря на непродолжительность короткого ГВ, за этот промежуток времени высвобождается больше энергии, чем наше Солнце сгенерирует за всю свою жизнь.
Длинные ГВ
Продолжительность событий такого формата составляет от двух секунд до нескольких часов. Длинные ГВ связаны с такими катастрофическими событиями, как вспышки сверхновых (взрывы массивных звезд). Вспышка сверхновой приводит к появлению нейтронной звезды, но если исходная звезда была достаточно массивной, то сжатие не останавливается и зарождается черная дыра.
Оба типа ГВ имеют крайне высокую энергию и сопровождаются яркими послесвечениями в других диапазонах электромагнитного излучения, таких как рентгеновское, видимое и радиоизлучение. Исследование ГВ помогает ученым лучше понять устройство и эволюционный механизм Вселенной.
Исследования показывают, что галактика NGC 4656, известная как "Хоккейная клюшка", обрела свою необычную изогнутую форму в результате гравитационного взаимодействия с соседней галактикой NGC 4631 — их "космический танец" продолжался сотни миллионов лет.
При этом деформация — не единственное последствие этого взаимодействия. В изогнутых областях галактики наблюдается интенсивное звездообразование, создающее характерное голубое свечение молодых звезд, а общая протяженность этой космической "клюшки" составляет более 100 000 световых лет.
Объект находится на расстоянии около 30 миллионов световых лет от Земли.
Вроде невозможность достижения скорости света в вакууме для объектов, обладающих массой покоя никого уже не удивляет. Я тут решил поинтересоваться, а до каких скоростей человечеству уже удалось достичь? Именно в вакууме т.к. в среде неинтересно - про свечение Вавилова-Черенкова и почему это имеет место быть мне ещё в школе рассказали.
То самое от Вавилова-Черенкова. Спёрто с википедии.
Естественно взор падает на элементарные частицы. В первую очередь начал смотреть на электроны (чем легче частица - тем легче её разогнать) и... обломался. Электрончики в ускорителях разгоняют слабо, всего до 91% от скорости света.
Ладно, глянем на самый-самый БАК:
Именно в этой трубе с бешенной скоростью летят протоны
Фишкой БАКа является то, что он заточен на ускорении протонов. Протоны разгоняются в двух встречных пучках и сталкиваются в области детекторов частиц:
Детектор CMS в ЦЕРН – один из двух наиболее мощных детекторов из когда-либо созданных. В среднем каждые 25 наносекунд в его центре сталкиваются новые группы частиц.
БАК способен разогнать протоны до энергии в 7 ТэВ (при этом масса протона увеличивается почти в 7000 раз) и скорости 299 792 455 м/с, всего 3 м/с не дотягивая до скорости света. А это 99,9999991% от скорости света. Впечатляет. И это у каждого пучка.
Ладно, а на что способна природа? Есть детектор “Fly’s Eye” который смотрит в небо и фиксирует взаимодействие космических частиц с атмосферой Земли. 15 октября 1991 года американские ученые зафиксировали очень быстрые протоны. Даже назвали их OMG-particles ("О Боже Мой" - частицы). Скорость этих частиц 99,99999999999999999999951% от световой с энергией порядка (3.2±0.9)×10^20 Эв (320 ЭэВ (экза-электронвольт))
.
Да... Нам до таких энергий и скоростей ещё расти и расти.
Это грандиозная область звездообразования, где из газово-пылевых облаков рождаются новые звезды. Свое название она получила из-за трех отчетливых областей разного цвета, каждая из которых рассказывает свою космическую историю.
Красное свечение туманности создается ионизированным водородом, нагретым до температуры около 10 000°C молодыми звездами. Синий оттенок появляется из-за отражения света этих звезд космической пылью — точно так же, как земная атмосфера окрашивает наше небо в голубой цвет. А темные прожилки между цветными областями — это плотные облака космической пыли, поглощающие свет.
В центре этого массивного скопления находится около 500 галактик, погруженных в огромное облако темной материи. Общая масса скопления превышает квадриллион масс нашего Солнца, а расстояние до него составляет примерно четыре миллиарда световых лет.
Синее свечение на снимке — это раскаленный до миллионов градусов межгалактический газ. Гравитация скопления настолько сильна, что искривляет пространство-время, действуя как гигантская космическая линза и усиливая свет далеких галактик на заднем плане.
Кинематограф и научная фантастика обожают изображать черные дыры как "космические пылесосы", безжалостно втягивающие все вокруг — от космических кораблей до планет и гигантских звезд.
Такие сцены выглядят эффектно и пугающе, но насколько они соответствуют реальности? К счастью, истинная физика черных дыр куда менее апокалиптична, но при этом гораздо интереснее.
Гравитационное поле
Черные дыры подчиняются тем же законам гравитации, что и любые другие объекты в нашей Вселенной. Их притяжение зависит от массы и расстояния — чем дальше вы находитесь, тем слабее их влияние. Никакой магической всепоглощающей силы у них нет.
Допустим, если бы наше Солнце внезапно превратилось в черную дыру, сохранив свою массу, то как бы изменилась организация Солнечной системы? Абсолютно никак! Все объекты продолжали бы вращаться по тем же орбитам, на том же расстоянии. Да, со временем климатические условия на Земле изменились бы в худшую сторону, но упорядоченность Солнечной системы осталась бы неизменной. Черная дыра с солнечной массой оказывает точно такое же гравитационное влияние на окружающее пространство, что и Солнце. Ни больше, ни меньше.
Галактика в безопасности
В центре нашей галактики Млечный Путь находится сверхмассивная черная дыра Стрелец А*, масса которой почти в 4,3 миллиона раз превышает массу Солнца. Звучит устрашающе? Но давайте посмотрим на цифры.
Диаметр Млечного Пути около 100 000 световых лет. Гравитационное влияние центральной черной дыры ощутимо лишь в радиусе нескольких световых лет от нее. Это как песчинка в центре футбольного стадиона — да, она там есть и взаимодействует с близлежащими песчинками, но на трибунах ее влияние уж точно никто не почувствует.
Звезды вблизи центра Галактики действительно вращаются вокруг черной дыры с огромными скоростями, испытывая ее чудовищное влияние. Например, астрономы давно ведут наблюдения за звездой S2, которая в момент максимального сближения со Стрельцом А* проходит на расстоянии около 120 а.е.* от сверхмассивной черной дыры — и ничего, избегает "засасывания"! Звезда продолжает свое уверенное движение по эллиптической орбите, как делала это миллионы или даже миллиарды лет.
*а.е. — астрономическая единица, среднее расстояние от Земли до Солнца, около 150 миллионов километров.
Более того, любая галактика — очень стабильная система, где все элементы удерживаются вместе благодаря темной материи и суммарной массе всех светил, обеспечивающих надежную гравитационную связь. На черную дыру в центре Млечного Пути — сколь бы грозной не выглядела ее масса на фоне Солнца — приходится менее 0,1% от общей массы Галактики. И Млечный Путь в этом плане не является исключением — это среднее значение для галактик в наблюдаемой Вселенной.
Так что спите спокойно — ни одна черная дыра не способна "проглотить" целую галактику. Законы физики надежно защищают нас от космических кошмаров, порожденных научной фантастикой. Черные дыры опасны только вблизи, а в целом же они ведут себя как обычные массивные объекты — притягивают ровно настолько, насколько позволяет их масса.
Спиральная сейфертовская галактика NGC 5495, находящаяся на расстоянии около 300 миллионов световых лет от Земли, которая наделена особенно яркой центральной областью.
Сейфертовской называется галактика с чрезвычайно активным ядром, которое представлено "прожорливой" сверхмассивной черной дырой, разгоняющей приближающиеся газопылевые облака до гигантских скоростей (несколько тысяч километров в секунду).
Примечательно, что некоторой части газа, разогретого до миллионов градусов Цельсия, все же удается "убежать" от черной дыры; этот раскаленный поток сталкивается с холодными облаками газа, передает им энергию и запускает звездообразование. Выходит, что активные черный дыры — одна из причин рождения звезд.
Обратите внимание на несколько звезд в кадре, от которых как бы исходят четыре шипа. Эти звезды являются частью Млечного Пути, расположившись между Землей и NGC 5495, а шипы — оптические артефакты.
Снимок был получен космическим телескопом NASA/ESA "Хаббл" 26 сентября 2022 года.
Представьте себе космос, настолько далекий во времени, что даже самые долгоживущие звезды погасли. В этой невообразимо далекой перспективе мы сталкиваемся с понятием черных карликов - финальной стадии эволюции солнцеподобных звезд. Но что это за объекты, и почему мы никогда их не видели?
История черного карлика начинается задолго до его рождения. Когда звезды малой или средней массы, подобные нашему Солнцу, исчерпывают запас ядерного топлива, они переживают драматическую трансформацию. Эти светила значительно расширяются, превращаясь в красных гигантов и увеличивая свой диаметр в сотни раз. Затем эти звезды сбрасывают внешние оболочки, оставляя после себя плотное, раскаленное ядро - белый карлик.
Белые карлики - это уже не звезды в привычном понимании. Они не генерируют энергию путем ядерного синтеза. Вместо этого они медленно остывают, излучая накопленное тепло в космос. Этот процесс похож на то, как остывает уголек в потухшем костре, только растянутый на миллиарды лет.
Путь к черному карлику
Со временем белые карлики становятся все холоднее и тусклее. Астрономы предполагают, что в какой-то момент их температура сравняется с температурой реликтового излучения - космического микроволнового фона, заполняющего всю Вселенную. Когда это произойдет, белый карлик перестанет излучать видимый свет и превратится в черного карлика - невидимый холодный объект, дрейфующий в космической тьме.
Интересно, что ни один черный карлик еще не был обнаружен. Почему? Ответ кроется во времени. Процесс остывания белого карлика до состояния черного карлика занимает невообразимо долгий период - десятки миллиардов лет. Это больше, чем возраст самой Вселенной, которой "всего" 13,8 миллиарда лет!
На пороге трансформации
Хотя мы еще не видели черных карликов, астрономы наблюдали очень холодные белые карлики. Эти объекты, вероятно, находятся на последних (относительно, конечно) этапах своей эволюции, приближаясь к финальному превращению в черных карликов. Исследование таких объектов дает нам представление о том, как может выглядеть этот процесс.
Взгляд в далекое будущее
Изучение жизненного цикла звезд, от их зарождения до гипотетического превращения в черных карликов, расширяет наше понимание Вселенной. Этот процесс демонстрирует, что даже такие долгоживущие объекты, как звезды, подвержены фундаментальным изменениям. Наблюдая за эволюцией светил, мы получаем представление о масштабах времени, значительно превосходящих историю человечества, и о непрерывных трансформациях, происходящих в космосе.
Представьте планету, которая примерно на четверть больше Юпитера, но при этом находится так же близко к своей звезде, как Меркурий к Солнцу. А теперь добавьте невероятную деталь — эта планета поглощает 99% падающего на нее света, что делает ее чернее любого известного природного материала на Земле.
Экзопланета TrES-2b, находящаяся на расстоянии около 750 световых лет от Земли, стала настоящей диковинкой для астрономов. Этот мир, классифицируемый как "горячий юпитер", примерно в 1,2 раза массивнее Юпитера. При этом экзопланета поглощает свет эффективнее, чем уголь (поглощает 96% света) или даже свежий асфальт (поглощает 97% света).
Причина такой необычной черноты кроется в экстремальных условиях на планете:
Средняя температура составляет 1 600 градусов, что переводит некоторые нетипичные компоненты атмосферы (натрий и калий) в газообразное состояние.
В атмосфере присутствуют испаренные натрий и калий, а также оксид титана, создающие уникальную химическую среду.
При такой высокой температуре эти вещества взаимодействуют особым образом, что приводит к исключительному поглощению света.
Кроме того, в атмосфере TrES-2b, скорее всего, отсутствуют отражающие облака, подобные тем, что делают Юпитер таким ярким, несмотря на его удаленность от Солнца.
Экзопланета TrES-2b была открыта 21 августа 2006 года транзитным методом* с помощью наземного телескопа TrES, но ее уникальные свойства были выявлены позже благодаря совместным наблюдениям нескольких инструментов. Космический телескоп NASA "Кеплер" измерил невероятно низкое альбедо (отражательная способность) планеты, а телескоп NASA "Спитцер" помог исследовать ее тепловое излучение, подтвердив экстремальные условия, царящие в атмосфере. На полный оборот вокруг родительской звезды, представленной красным карликом, TrES-2b нужно менее чем 2,5 земных дня. Для сравнения, Меркурий совершает оборот вокруг Солнца за 88 земных дней.
*Метод транзита — один из основных способов обнаружения экзопланет, который заключается в наблюдении за уменьшением яркости звезды, когда перед ней проходит планета.
Эта загадочная экзопланета не просто расширила наши представления о возможных свойствах небесных тел — она показала, что даже базовые характеристики планет, такие как отражательная способность, могут выходить за пределы всего, что мы знали ранее. В то время как Земля отражает около 30% падающего на нее солнечного света, а Луна — 12%, существование планеты, поглощающей 99% излучения, заставляет задуматься: какие еще удивительные объекты скрываются в глубинах Вселенной, терпеливо дожидаясь своего момента открытия?
Туманность Призрак (IC 63) в созвездии Цефей — загадочное космическое облако, парящее в 550 световых годах от Земли. В его очертаниях легко угадывается силуэт гигантской птицы с расправленными крыльями, словно феникс из древних легенд, застывший в звездном океане.
Свое призрачное свечение туманность получает от ближайшей яркой звезды Гаммы Кассиопеи, чье мощное излучение окрашивает космические газы в золотистые и темно-синие тона. Размеры этого небесного феномена впечатляют — около семи световых лет в поперечнике.
Интересно, что туманность постепенно испаряется под воздействием звездной радиации, словно тающий в лучах Солнца утренний туман, и через несколько десятков тысяч лет может полностью исчезнуть.
Все известные галактики, от карликовых до гигантских, демонстрируют признаки наличия сверхмассивной черной дыры (СЧД) в центре. Хотя прямые доказательства* есть лишь для 10% каталогизированных галактик, астрономы уверены: наличие центральной СЧД — это правило, а не исключение.
*Обнаружить "спящие" и менее массивные объекты такой природыкрайне трудноиз-за отсутствия активности, которая могла бы компенсировать огромные расстояния.
Эта космическая закономерность указывает на глубокую, фундаментальную связь между галактиками и их центральными "гравитационными монстрами". Но кто же является лидером в этом космическом тандеме? Отвечает ли галактика за формирование СЧД, или черная дыра вершит судьбу всей галактики?
Властелины галактической эволюции
В июне 2021 года астрономы наблюдали за галактикой со сложным названием HSC J124353.93+010038.5 (сокращенно HSC J124353), расположенной на расстоянии около 13,1 миллиарда световых лет от Земли. Ученые зафиксировали мощнейшие порывы "галактического ветра" — раскаленного газа и заряженных частиц, стремительно вырывающихся из центра галактики.
Источником этого космического урагана оказалась центральная СЧД. Механизм здесь следующий: материя, падая на черную дыру, формирует раскаленный аккреционный диск, который начинает вращаться с околосветовой скоростью. Из-за колоссального гравитационного и магнитного взаимодействия часть этой материи не поглощается черной дырой, а выбрасывается перпендикулярно диску в виде мощных струй плазмы — так называемых джетов. Эти джеты, разогретые до миллионов градусов, взаимодействуют с окружающим газом, создавая тот самый "галактический ветер", скорость которого в случае с HSC J124353 составляет более 1,8 миллиона километров в час. Этот галактический ветер приводит к разогреву окружающего газа, что фактически останавливает процесс звездообразования.
Важно отметить, что для зарождения новых звезд горячий газ необходим, но его непрерывный нагрев галактическим ветром делает сжатие газовых облаков невозможным. А без этого новые звезды не формируются или формируются запредельно медленно.
Созидательное разрушение
Однако не все черные дыры препятствуют зарождению звезд. Например, в карликовой галактике Henize 2-10, находящейся "всего" в 34 миллионах световых лет от нас, черная дыра играет прямо противоположную роль.
Механизм этого процесса элегантен: поглощая материю, СЧД позволяет части нагретого газа "сбежать" к периферии галактики. Там этот газ сталкивается с холодными газовыми облаками, передает им энергию, остывает и запускает процесс формирования новых звезд.
Возникает закономерный вопрос: почему в крупной галактике HSC J124353 галактический ветер препятствует звездообразованию, а в карликовой Henize 2-10 — наоборот, способствует ему? Все дело в масштабах и энергии. В крупных галактиках сверхмассивные черные дыры обычно имеют массу в миллиарды солнечных масс и, следовательно, генерируют более мощные выбросы. Эти мощные потоки разогревают газ по всему объему галактики, не давая ему остыть. В карликовых же галактиках черные дыры заметно меньше (в Henize 2-10 масса центральной черной дыры оценивается примерно в миллион солнечных масс). Вырывающиеся джеты имеют меньшую энергию и успевают ощутимо рассеяться еще до достижения периферии. Там разогретый, но уже не такой горячий газ, столкнувшись с холодными облаками, создает идеальные условия для запуска звездообразования.
Двойственная природа космических властителей
Эти особенности, наблюдаемые и в других галактиках разных форм и размеров, позволяют сделать вывод, что СЧД выполняют роль "вселенских регуляторов", которые:
Ограничивают рост крупных галактик, предотвращая их неконтролируемое расширение;
Помогают расти карликовым галактикам, запуская процессы звездообразования.
Такое избирательное поведение указывает на то, что именно СЧД, а не галактики, играют ведущую роль в этом космическом тандеме. Логично предположить, что сверхмассивные черные дыры появились раньше галактик, поскольку именно они контролируют звездообразование — ключевой процесс в эволюции любой галактической структуры.
Это не просто облако космического газа — перед нами настоящий звездный инкубатор! NGC 6357 представляет собой гигантскую область, где рождаются массивные звезды, до 100 раз тяжелее нашего Солнца.
Их мощное излучение заставляет окружающий газ интенсивно светиться. В сердце туманности прячется молодое звездное скопление Pismis 24, чьи светила так горячи, что буквально "выдувают" пузыри в космическом газе.
Расстояние до этого космического чуда — примерно 8 000 световых лет.
На расстоянии около 54 миллионов световых лет от Земли находится один из самых необычных объектов во Вселенной – галактика M60-UCD1. При диаметре всего 300 световых лет она является одной из самых компактных известных галактик. Для сравнения: диаметр нашего Млечного Пути составляет более 100 000 световых лет.
Феноменальная масса и плотность
Несмотря на компактные размеры, общая масса M60-UCD1 достигает 140 миллионов солнечных масс. Примечательно, что около 20 миллионов солнечных масс (почти 14,3% от массы галактики) приходится на сверхмассивную черную дыру в центре галактики.
По данным наблюдений космического телескопа NASA/ESA "Хаббл", концентрация звезд в M60-UCD1 достигает 100 светил на кубический световой год. Это экстраординарный показатель, учитывая, что ближайшая к Солнечной системе звезда находится на расстоянии чуть больше 4,24 световых года.
При наблюдении с поверхности гипотетической планеты, находящейся в M60-UCD1, невооруженным глазом можно было бы различить более миллиона звезд, в то время как с Земли при идеальных условиях можно увидеть лишь около 2 500 звезд.
Современные астрофизические модели указывают на то, что M60-UCD1 – это остаточное ядро некогда более крупной галактики. Около десяти миллиардов лет назад она пережила столкновение с массивной галактикой Messier 60 (M 60), в результате которого потеряла значительную часть своей массы.
Астрономические расчеты показывают, что в будущем M60-UCD1 ожидает повторное сближение с M 60, которое, вероятно, приведет к полному поглощению меньшей галактики.
В XIX веке астрономы столкнулись с проблемой, которая выглядела как мелкая погрешность, но вела к далеко идущим выводам. Наблюдения показывали, что орбита Меркурия медленно поворачивается в пространстве: точка перигелия смещается примерно на 574 угловые секунды за столетие. Однако ньютоновская (классическая) механика предсказывала смещение на 531 угловую секунду, связанное с гравитационным влиянием других планет Солнечной системы.
Оставшийся "хвостик" в 43 угловые секунды за столетие некоторые ученые того времени связали с еще одним источником тяготения, который пока никому не удавалось наблюдать напрямую. Так родилась гипотеза о планете Вулкан — невидимом теле между Солнцем и Меркурием. Объяснение звучало довольно убедительно: планета небольшая, наблюдать ее трудно из-за яркости Солнца, но когда появятся новые телескопы и более чувствительные инструменты, существование Вулкана непременно будет подтверждено.
Впрочем, далеко не все пытливые умы человечества разделяли эту концепцию. Появилась более смелая мысль: возможно, проблема не в "скрытой планете", а в том, что наша теория гравитации в ее классическом виде может быть неполной.
Ответ был найден уже в XX веке. Общая теория относительности Альберта Эйнштейна дала естественное объяснение аномалии: возле массивного тела (Солнца) пространство-время искривляется, и орбита планеты (Меркурия) прецессирует сильнее, чем предсказывает ньютоновская модель. Те "лишние" 43 угловые секунды за столетие оказались не доказательством существования еще одной планеты, а прямым эффектом релятивистской гравитации, в рамках которой гравитация рассматривается не как сила, а как результат кривизны пространства-времени, вызванной массой-энергией.
Что между Солнцем и Меркурием на самом деле
Планеты Вулкан не существует, но это не значит, что пространство между Солнцем и Меркурием должно быть абсолютно стерильным. Теоретически внутри орбиты Меркурия есть область динамической устойчивости, где могли бы существовать "вулканоиды" — небольшие астероиды, вращающиеся на относительно безопасном расстоянии от светила.
Их искали в данных космических аппаратов и специализированных солнечных обсерваторий, но ничего массивного не нашли. Современная астрономия исключает существование вулканоидов диаметром более шести километров, поэтому если между Меркурием и Солнцем что-то и вращается, то это очень малые небесные тела, которые просто теряются в солнечной засветке.
История Вулкана — важное напоминание: если наблюдения не сходятся с расчетами, не нужно торопиться с радикальными объяснениями. Иногда это говорит о том, что теория, находящаяся у нас на вооружении, описывает реальность не полностью и требует пересмотра.
Яркий пример — наблюдения космического телескопа NASA "Джеймс Уэбб", который обнаружил "невозможные" зрелые галактики в ранней Вселенной. Это не доказательство того, что Большого взрыва не было, но серьезный аргумент в пользу того, что наше понимание зарождения и эволюции галактик нуждается в уточнении.
