Млечный Путь Номер 1 (27) 2019 год - Ефим Аронович Гаммер

Сверхмассивная черная дыра становится видимой, когда поглощение газа заставляет ее сиять как "квазар". Предыдущие исследования обнаруживали только наиболее яркие из них с самыми "тяжелыми" черными дырами, однако в данных, полученных с помощью прибора "Hyper Suprime-Cam" (HSC) на телескопе "Subaru", астрономы идентифицировали популяцию более тусклых квазаров, приводимых в действие черными дырами с массами, сопоставимыми с большинством черных дыр, наблюдаемых в современной Вселенной.

Определив кандидатов в квазары, команда провела интенсивную наблюдательную кампанию, используя три телескопа: "Subaru", "Gran Telescopio Canarias" и "Gemini South Telescope". Опрос выявил 83 неизвестных очень далеких квазара. Вместе с 17 квазарами, определенными ранее в регионе исследования, ученые обнаружили, что на кубический гига-световый год приходится примерно одна сверхмассивная черная дыра. Расстояние до вновь обнаруженных квазаров составило около 13 миллиардов световых лет, то есть они уже существовали в период младенчества Вселенной, спустя 800 миллионов лет после Большого взрыва.

Считается, что водород во Вселенной когда-то был нейтральным, но был расщеплен на составляющие его протоны и электроны через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, когда родились звезды первого поколения, галактики и сверхмассивные черные дыры. Тем не менее астрономы не знают, что произвело невероятное количество энергии, необходимое для этого процесса. Гипотетически, в ранней Вселенной было гораздо больше квазаров, чем было обнаружено до этого момента, и именно их излучение реионизировало водород.

Однако, как пишут исследователи, вновь обнаруженные квазары показывают, что это не так, их число по-прежнему не объясняет реионизацию. Поэтому она была вызвана другим источником энергии, скорее всего, многочисленными галактиками, которые начали формироваться в молодой Вселенной. Но все же благодаря далеким квазарам исследователи больше узнают о формировании и ранней эволюции сверхмассивных черных дыр, сравнивая измеренную плотность числа и распределение светимости с предсказаниями теоретических моделей.

Основываясь на результатах, достигнутых к настоящему моменту, команда с нетерпением ожидает обнаружения еще более далеких черных дыр и датирования момента, когда во Вселенной появился первый сверхмассивный монстр.

***

Галактика без темной материи

Наблюдая за группой эллиптической галактики NGC 1052, проживающей на расстоянии 65 миллионов световых лет от Земли в направлении созвездии Кита, астрономы обнаружили вторую на сегодня галактику, содержащую малое количество темной материи или вовсе лишенную этой таинственной субстанции.

"Находка показывает, что обнаруженная в 2018 году галактика NGC1052-DF2, лишенная темной материи, не является исключением, и существует целый класс таких объектов. Однако происхождение этих больших, тусклых галактик с избытком ярких шаровых звездных скоплений и явным отсутствием темной материи в настоящее время неясно", - пишут авторы исследования.

Общепринятая теория формирования галактик говорит о том, что для их образования необходимо присутствие значительного количества темной материи, а точнее гало из нее, и неожиданное открытие NGC1052-DF2, состоящей только из барионного вещества, вызвало огромное количество дебатов в последующих публикациях. Первоначальные результаты были тщательно проверены, подвергнуты критике, но в итоге веских аргументов "против" так и не нашлось.

Вычисляя массу

Галактики чем-то напоминают айсберги: часть, которую мы можем наблюдать, очень мала по сравнению с той, что скрыта от нас. Поэтому оценка массы, позволяющая выявить их важные свойства, сводится к двум этапам. Сначала астрономы суммируют весь свет, видимый в галактике, и преобразуют его в эквивалентную ему звездную массу. Хотя в этом подходе есть много оговорок, поскольку он сильно зависит от типа звезд, отвечающих за основную светимость галактики, он все же дает необходимую точность вычислений.

Однако звездная масса - это лишь верхушка галактического айсберга, и чтобы измерить общую массу галактики (включая материю, не излучающую свет) ученые переходят ко второму этапу, в рамках которого проводят измерения скорости движения объектов внутри и вокруг нее под влиянием гравитации.

Для спиральных галактик, похожих на Млечный Путь, в котором большинство объектов вращаются в одном и том же направлении, оценка общей массы сводится к простому измерению круговой скорости движения звезд вдали от центра и применению теоремы вириала. В эллиптических и карликовых галактиках все немного сложнее: звезды движутся в случайных направлениях. В таких случаях астрономы прибегают к получению дисперсии скоростей (статистический разброс величин скорости около среднего значения для группы объектов), что также позволяет вычислить общую массу. Поскольку эти подходы основываются на движении объектов, результирующая масса называется динамической.

Оказывается, что динамическая масса галактики обычно в 5 - 10, а в некоторых случаях до нескольких сотен раз больше, чем "видимая" масса. Причиной этого значительного расхождения, по мнению астрономов, является наличие большого, совершенно невидимого компонента галактики под названием "гало темной материи". Текущее понимание образования галактик и крупномасштабных структур во Вселенной основывается на предположении, что все они формируются в ореолах темной материи.

Поэтому открытие галактики NGC1052-DF2, звездная и динамическая массы которой практически идентичны, стало полной неожиданностью и породило много споров. Однако метод, применяемый при вычислении динамической массы NGC1052-DF2 и основанный на движении ярких скоплений звезд, недавно прошел независимую проверку, результат которой показал полное соответствие первоначальной оценке и укрепил вывод, что NGC1052-DF2 лишена темной материи.

После подтверждения главной проблемой стало понять, является ли эта галактика просто статистической случайностью и как она могла появиться. Ответа на вторую часть вопроса по-прежнему нет, а вот на первую, кажется, найден.

***

И еще о темной материи

Вывод, что темную материю можно нагревать и перемещать в пространстве, поможет установить новые ограничения на природу составляющих ее частиц.

Анализ распределения темной материи в близлежащих карликовых галактиках предоставил астрономам первое наблюдательное доказательство того, что она может "нагреваться" и мигрировать под действием интенсивного звездообразования. Выводы ученых представлены в журнале "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society".

"Мы нашли действительно замечательную связь между количеством темной материи в центрах этих крошечных структур и историей звездообразования в них. Наши результаты показывают, что темная материя является холодной, бесстолкновительной и текучей субстанцией, которая может быть кинематически "нагрета" и перемещена", - рассказывает Джастин Рид, ведущий автор исследования из Университета Суррея (Великобритания).

Карликовые галактики - это небольшие слабые структуры, которые обычно вращаются вокруг их больших аналогов, подобных нашему Млечному Пути. Ученые считают, что они содержат подсказки, позволяющие лучше понять природу темной материи (невидимой субстанции, составляющей большую часть массы Вселенной), так как считается, что ее содержание в них значительно превосходит количество обычного вещества. И, согласно новому исследованию, одним из ключей к ее изучению могут являться звезды.

"Во время образования звезд сильный ветер выталкивает газ и пыль из сердца галактики. В результате ее центр теряет в массе, что влияет на количество гравитации, ощущаемой оставшейся в нем темной материей. При меньшем гравитационном