Согласно новым данным, полученным исследователями из
университета Джонса Хопкинса (The Johns Hopkins
University), необычайно высокие скорости
звездообразования, наблюдаемые в некоторых галактиках,
могут быть связаны с наличием в их центрах черных
дыр.
Галактики с высокими скоростями процессов
звездообразования и галактики с активными черными дырами
долго рассматривались как различные явления. Новые
результаты говорят о том, что на самом деле центральная
черная дыра и идущее вокруг нее звездообразование
связаны между собой эволюционными процессами, которые
формируют развитие галактик.
Те процессы, которые делают центральную черную дыру в
галактике все более и более массивной, могут вызывать
также и формирование звезд. Фаза звездообразования может
быть общей ступенью равития для Сейфертовских галактик и
квазаров - двух типов самых ярких объектов, наблюдаемых
во Вселенной.
Сейфертовские галактики содержат активные
сверхмассивные черные дыры в центральных районах,
размеры которых сравнимы с размерами нашей Солнечной
системы. Так как черная дыра поглащает близлежащие
звезды и газ, она излучает огромные количества энергии.
Это и служит причиной характерного для Сейфертовских
галактик спектра с чрезвычайно высоким рентгеновским
излучением, идущим из небольших центральных районов или
ядра. Но есть Сейфертовские галактики, центральные
области которых излучают несколько слабее - это так
называемые Сейфертовские галактики 2 типа. Сначала
теоретики считали, что такое различие в излучении
связано с пространственным расположением галактики по
отношению к Земле. Вокруг ядра любой спиральной
галактики (а Сейфертовские галактики - это, как правило,
спиральные галактики) существует диск, состоящий из газа
и пыли. Предполагалось, что в зависимости от ориентации
плоскости галактики центральная часть может быть видна
сквозь затеняющий пылевой диск. Однако исследовав 14
Сейфертовских галактик на основе новых и архивных
данных, полученных с помощью двух космических
рентгеновских обсерваторий, астрономы пришли к выводу,
что причиной затенения центральных районов галактик
могут быть области, в которых идет процесс формирования
звезд.
Анализируя рентгеновское излучение исследуемых
галактик, астрономы выяснили, что эти галакти обладают и
сверхмассивными черными дырами, и областями активного
звездообразования. Такая взаимосвязь предполагает
возникновение новых теорий относительно эволюции
галактик. Должен быть какой-то механизм, который
снабжает районы звездообразования материалом и
увеличивает вероятность того, что в этих районах
накопится газ и начнется процесс формирования звезд. Как
считают исследователи, в Сейфертовских галактиках эти
функции может выполнять гравитация центральной черной
дыры.
Если бы мы могли видеть в рентгене, то, посмотрев в
мае 2000 года на южное небо, мы увидели бы очень яркий
источник, но это было бы не Солнце или Луна, а
экзотическая черная дыра двойной звездной системы,
известной астрономам как XTE J1550-564.
В апреле 2000 года этот объект был почти так же ярок,
как Крабовидная туманность, которая является самым ярким
рентгеновским источником нашего неба," - говорит доктор
Mike McCollough из NASA. "С тех пор яркость этого
объекта уменьшилась приблизительно до десятой части
яркости Краба."
Сейчас XTE J1550-564 - один из самых ярких
рентгеновских источников. Если бы человеческий глаз был
чувствителен к рентгеновскому излучению, мы могли бы
наблюдать его сияющим в южном созвездии Наугольник.
Обычно J1550-564 почти не видим в рентгене, но его
интенсивность меняется. Например, в 1998 году этот
объект был в 1.5 раза ярче Крабовидной туманности в
течение нескольких дней.
McCollought и его коллеги полагают, что XTE J1550
является черной дырой со звездой - компаньоном.
Газообразный материал, перетекающей от звезды к черной
дыре, формирует закручивающийся диск, вещество которого
разогревается. Этот диск, называемый аккреционным
диском, становится таким горячим и пылает так ярко в
рентгеновских длинах волн, что становится видимым для
рентгеновских телескопов на расстояниях в 10 000
световых лет.
"Если бы мы преобразовали рентгеновские колебания от
J1550 в звуковые волны, мы услышали бы низкий,
грохочащий гул," - говорит доктор Stefan Dieters,
астроном из NASA. "Доминирующая составляющая частоты -
около 0,3 Hz - слишком низка для человеческого уха, но
полный спектр содержит частоты до 20 или 30 Hz, которые
лежат в нижних пределах человеческого слуха."
"Звук" от такой двойной системы с черной дырой не был
бы чистым тоном, так как спектр колебаний содержит целый
диапазон частот. Ученые называют это
квази-периодическими колебаниями (Quasi Periodic
Oscillations - QPO). Какова причина этих колебаний в
таких системах?
"Возможно, аккреционный диск, который вызывает
рентгеновское излучение, вибрирует," - говорит
McCollough. "Или квази-периодические колебания могут
быть частотой биения между периодом вращения
центрального объекта и орбитальным периодом внутреннего
края диска. Пока мы этого не знаем."
Существует несколько теоретических моделей,
объясняющих это явление, но основная идея состоит в том,
что некоторая граница в аккреционном диске перемещается
внутрь, к черной дыре. Это может быть внутренняя граница
диска, или, возможно, область перехода между двумя
частями диска. Независимо от того, что это, оно
зарождается вне диска, где орбитальный период более
длинный, и перемещается в область более быстрого
вращения, вызывая колебания с более высокой
частотой.
Список двойных систем с QPO, содержащих черные дыры,
все время растет. Сейчас известно по крайней мере 10
таких систем. Но не все источники вибрируют в низких
частотах. Частоты систем с QPO с черными дырами могут
доходить до 250 Hz, а квази-периодические колебания
двойных систем с нейтронными звездами могут иметь
компоненты частоты до 1.25 KHz.
"Когда мы исследуем эти быстрые колебания в системах
черных дыр, мы действительно чувствуем, что происходит
во внутреннем аккреционном диске, около роковой черты,"
- говорит McCollough. "Это поражает воображение. Мы
находимся рядом с областью, где, как известно,
пространство и время уже не существуют."
