Как Земля оказалась в центре огромной машины времени

Молодая Вселенная рождала монстров

Недавно обнародованное в журнале Nature открытие поставило астрономов в тупик. Международная команда исследователей Пекинского университета, научной школы астрономии и астрофизики Австралийского национального университета, Института Карнеги и Университета Аризоны обнаружили сверхмассивную черную дыру, масса которой превышает массу Солнца в 12 млрд раз. Это приблизительно в 3 тыс. раз больше массы черной дыры нашей галактики: в центре Млечного Пути расположена черная дыра всего в 4 млн солнечных масс. Расстояние до квазара (ореол ярко пылающей материи вокруг черной дыры, по которой ее и обнаруживают), в центре которого располагается эта черная дыра, ученые оценили в 12,8 млрд световых лет - это самая граница наблюдаемой Вселенной.

Такие черные дыры нередки в глубинах космоса и являются результатом коллапса звезд. Интересно другое: обнаруженная черная дыра является совершенно неуместной для времени ее возникновения. Измерения показали, что она сформировалась, когда возраст Вселенной не превышал 900 млн лет. Хотя такие черные дыры-монстры, как правило, находятся в более современной "части" наблюдаемой Вселенной, в которой на момент их возникновения существовало достаточное для этого количество материи. "До последнего момента самая большая известная черная дыра, возникшая в течение первого миллиарда лет после момента Большого взрыва, имела массу, равную 5 млрд солнечных масс, более чем в два раза меньше, чем масса обнаруженной черной дыры, - рассказывает Брэм Венемэнс из Института астрономии Макса Планка, Германия. - Открытие представляет собой серьезную проблему, затрагивающую теорию о формировании черных дыр в молодости Вселенной". Ранее считалось, что масса первых черных дыр находилась в диапазоне от 100 до 100 тыс. масс Солнца, а процесс их роста, как правило, представлял собой слияние с другими черными дырами. "Для того чтобы за столь короткий промежуток времени в космосе сформировался такой монстр, требуются совершенно иные процессы, нежели те, которые известны нам. Это может быть только черная дыра-зародыш, которая появилась одновременно с формированием самых первых звезд и галактик", - рассказывает Ху-Бинг Ву из Пекинского университета. - И ни в каких существующих теориях нет объяснения этому феномену". По словам Акоса Богдана из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, находка ставит под сомнение существующую теорию совместного развития галактик и черных дыр. "Маловероятно, что сопутствующая галактика в то время могла быть столь велика, чтобы соответствовать, согласно имеющимся теориям и моделям, массе и размерам центральной черной дыры. Это предполагает, что черная дыра росла быстрее галактики", - поясняет ученый. Исследователи продолжат искать объекты, подобные их последней находке, чтобы уточнить имеющиеся представления о развитии Вселенной на раннем этапе.

Млечный Путь - огромная машина времени

Недавно в статье научного журнала Annals of Physics ученые Международного института продвинутых исследований (SISSA, Италия) выдвинули предположение: весь Млечный Путь может являться одним гигантским пространственно-временным туннелем (его размеры могут составлять размер всей галактики), также известным как "кротовая нора" или червоточина. Вполне возможно, через него можно путешествовать в удаленные регионы космоса. К такому выводу астрофизики пришли, объединив карту распределения темной материи в Млечном Пути с самой последней моделью Большого взрыва и сопоставив данные с гипотезой пространственно-временных тоннелей.

Согласно гипотезе SISSA темная материя может представлять собой нечто из "другого измерения", являясь одной сплошной "кротовой норой". По мнению исследователей, большинство спиральных галактик, к категории которых относится и Млечный Путь, а также соседняя с ним галактика Андромеды, могут быть домом для "кротовых нор" или же сами являться сплошными гигантскими червоточинами.

Темная материя управляет галактикой

До сих пор считалось, что размеры сверхмассивных черных дыр, располагающихся в центре галактики, напрямую зависят от количества звезд и материи, содержащихся в этих галактиках. Ученые Гарвард-Смитсоновскогоцентра астрофизики выяснили, что размер черных дыр зависит в первую очередь от размеров ореола невидимой темной материи, который окружает сверхмассивные черные дыры. Подробности исследования опубликованы в свежем номере Astrophysical Journal. Исследователи считают, что каждая галактика обернута коконом из темной материи, на долю которой приходится почти 85% от общего количества материи во Вселенной. И она оказывает влияние не только на звезды и облака газа, но и на сами черные дыры. Представленные математические формулы показывают: чем больше масса ореола темной материи, тем больше черная дыра галактики.

Галактические ветра не дают рождаться звездам

Интересно, что практически одновременно ученые из Лаборатории реактивного движения NASA, наоборот, нашли еще одно косвенное доказательство теории, согласно которой сверхмассивные черные дыры эволюционируют вместе со своими галактиками, регулируя их развитие. Частично этот эффект связан с порождаемыми черными дырами сильными ветрами - потоками межзвездного вещества, которые в секунду несут больше энергии, чем может произвести триллион солнц. Результаты исследования галактического ветра опубликованы в последнем номере журнала Science. Астрономы поняли природу галактических ветров, наблюдая за их формированием вокруг квазара, расположенного на расстоянии 2 млрд световых лет от Земли. Для исследования использовались американский телескоп NuSTAR и европейский XMMNewton. Главный вывод наблюдений - ветры от сверхмассивных черных дыр дуют во всех направлениях и "выдувают" из галактик газ, что замедляет рождение новых звезд. Поняв природу данных ветров, ученые смогут измерять и прогнозировать это "торможение". Существование таких невероятно быстрых и сильных ветров было предсказано теоретиками давно, но именно в ходе последних наблюдений астрономы получили первые доказательства.

Откуда берутся нейтрино

Астрофизики Висконсинского университета в Мэдисоне установили, что черные дыры влияют не только на формирование своей галактики, но и могут быть источником нейтрино, во всяком случае в нашей - Млечный Путь. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review D.

Нейтрино - субатомные остатки ранней Вселенной - представляют собой высокоэнергетические частицы, пролетающие со скоростью, близкой к скорости света, почти сквозь любые объекты нашего мира, но при этом очень редко реагируют с другими частицами материи. Считается, что большая часть нейтрино в нашей Вселенной образовалась в результате Большого взрыва примерно 14 млрд лет назад. Однако много таких частиц образовывается и в настоящее время. Ученые предполагали, что они могут возникать в результате космических гамма-вспышек, столкновения галактик, формирования новых звезд или же как побочный продукт деятельности черных дыр. Астрофизики из Висконсинского университета доказали, что именно последняя теория наиболее правдоподобна. Они проанализировали данные, собранные детектором нейтрино IceCube, который установлен на глубине 1,5 км под антарктическим льдом.

В прошлом году IceCube засек 28 высокоэнергетических нейтрино. Ученые сопоставили время их обнаружения со вспышками рентгеновского излучения в сверхмассивной черной дыре Sagittarius A в центре Млечного Пути. Вспышки фиксировались орбитальными телескопами Сhandra и Swift. Выяснилось, что самую мощную группу нейтрино IceCube "поймал" всего через несколько часов после яркой вспышки на Sagittarius A. Взаимосвязь между поведением черной дыры и фиксацией нейтрино удалось проследить и в двух других случаях. Это позволяет предположить, что именно Sagittarius A является основным источником высокоэнергетических нейтрино.

Опубликовано в еженедельнике "Деловая столица" от 9 марта 2015 г. (№10/720)