16 сентября 2019, понедельник, 03:12
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

16 февраля 2017, 13:03

Cколько звезд сможет захватить и разрушить межгалактический союз?

Илл.: МФТИ

Ученые из МФТИ, Оксфордского университета и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН оценили, сколько звезд разрушается при слиянии двух галактик, в центрах которых находятся сверхмассивные черные дыры. Астрофизики проверили, могут ли гравитационные эффекты двух сближающихся черных дыр объяснить, почему наблюдаемое значение темпа захвата звезд меньше, чем полученное из простейшей теоретической модели. В статье, опубликованной в The Astrophysical Journal, исследователи оценили взаимное влияние динамических механизмов на темп захвата звезд. Кратко о результатах работы сообщает пресс-релиз Московского физико-технического института.

Разрушение звезды приливными силами. Вещество звезды падает на черную дыру и излучает рентгеновские лучи. Ниже представлены данные с трех телескопов (по оси Y — яркость рентгеновских лучей, по оси X — длина волны). Источник: NASA/CXC/U. Michigan/J. Miller et al. Иллюстрация: NASA/CXC/M. Weiss 

События приливного разрушения звезд, или TDE (tidal disruption event), — единственный доступный на сегодняшний день способ получить какую-то информацию из неактивных центров галактик. В центре большинства галактик находится как минимум одна сверхмассивная черная дыра, которую окружает плотное центральное звездное скопление — ядро галактики. Черная дыра на то и черная, что она не излучает. Зато излучает вещество, которое во время падения на сверхмассивный объект нагревается до очень высоких температур и которое можно «увидеть» с помощью телескопов. В активных галактиках есть газовые скопления, которые питают черную дыру и тем самым позволяют ее заметить. Однако большая часть галактик (около 90%) «молчит», потому что в них нет газовых скоплений. Единственный источник вещества для черной дыры — это звезды, которые периодически оказываются слишком близко к ней. Когда такая «неосторожная» звезда разрушается приливными силами, астрономы фиксируют событие приливного разрушения (TDE). На данный момент зафиксировано всего около пятидесяти вспышек от TDE, а в среднем на одну галактику одна звезда разрушается раз в 10–100 тыс. лет. На основании этих данных ученые пытаются построить достоверную модель того, что происходит в неактивных центрах галактик. 

Смоделированное разрушение звезды

 

Сферическая галактика в вакууме

 

Самая простая теоретическая модель — галактика со сферическим ядром, в центре которого находится сверхмассивная черная дыра. Вокруг нее вращаются звезды, которые диффундируют в пространстве скоростей, иными словами, меняют направление своего движения при прохождении вблизи друг от друга, подобно тому, как меняют свою траекторию бильярдные шары при столкновении. Но если бильярдный шар, чтобы попасть в лузу, должен двигаться прямо по направлению к ней, то у звезды более широкий диапазон направлений: ее вектор скорости должен находиться в пределах так называемого конуса потерь, тогда она будет захвачена и разрушена гравитацией черной дыры. В соответствии с этой простейшей моделью захват звезд должен происходить примерно раз в 1–10 тыс. лет, то есть несколько чаще, чем он наблюдается. Эта модель дополняется с учетом разных факторов, например неодинаковости масс звезд, но все они только увеличивают темп захвата.

Звезда, скорость которой оказалась в «конусе потерь». ЧД — черная дыра; rзахв — радиус захвата. Источник: сайт авторов с ПО для расчетов

 

Эффект рогатки

 

На данный момент в научной литературе обсуждался лишь один механизм, который может уменьшить темп захвата звезд — если большинство звезд с малым моментом импульса исчезнет. Это можно представить на примере диффузии газа. Пусть хаотично движущиеся молекулы газа поглощаются на стенке сосуда. Тогда если убрать ближайшие к стенке ряды молекул, количество поглощаемых молекул за единицу времени уменьшится, так как дальним молекулам еще нужно добраться до стенки. Так же и с черной дырой: если убрать звезды из центра, темп захвата уменьшится. Звезды, конечно, нельзя просто так взять и убрать, но если в центре галактики находится двойная черная дыра, то налетающая на нее звезда может быть выкинута за пределы галактики, совершив так называемый гравитационный маневр. Другое название этого явления — эффект рогатки.

По закону сохранения энергии, когда звезда получает ускорение, то есть добавку к своей кинетической энергии, энергия двойной черной дыры должна уменьшиться. В результате черные дыры становятся ближе друг к другу, таким образом начиная сливаться. И, как подтверждено недавним сенсационным открытием, на последних этапах слияния черных дыр часть энергии излучается в виде гравитационных волн.

Слияние черных дыр. Inspiral — начальная стадия, во время которой черные дыры вращаются вокруг общего центра масс и постепенно приближаются друг к другу. Merger — непосредственно само слияние, во время которого испускаются гравитационные волны (ниже показана их регистрация). Ringdown — финальная стадия, одиночная черная дыра. Источник: LIGO, NSF, Aurore Simonnet (Sonoma State University)

 

Несферическая галактика в вакууме

 

Хотя при слиянии галактик темп захвата может уменьшаться, одновременно с этим наблюдается и противоположный эффект. Ядро любой галактики, которая возникла в результате слияния, немного отличается от сферы. В несферическом ядре звезды сильнее перемешиваются, поэтому больше звездных орбит пролегает возле черной дыры. Из-за слияния темп захвата будет увеличиваться, хотя эффект рогатки должен его уменьшать. Чтобы понять, как эти противоположные эффекты повлияют на темп захвата, выпускники МФТИ Кирилл Лежнин и Евгений Васильев провели расчеты, а также посмотрели, как меняется темп захвата при разных массах центральной черной дыры, при разных геометриях центральных скоплений, при разных начальных условиях.

Столкновение двух галактик на примере нашего Млечного Пути и Андромеды (компьютерная симуляция)

 

Больше разрушений!

Разрушение звезды приливными силами вблизи черной дыры. Источник: NASA/CXC/M.Weiss; X-ray: NASA/CXC/MPE/S.Komossa et al.; Optical: ESO/MPE/S.Komossa

 

Оказалось, что удаление звезд из центра гравитационным маневром имеет значение только для «сферической галактики в вакууме», однако при слиянии галактик будет иметь место хотя бы малая несферичность. В итоге разрушению должна подвергнуться в среднем одна звезда за 10 тыс. лет. С одной стороны, это согласуется с предыдущими результатами теоретических расчетов, а с другой — поднимает вопрос о том, почему наблюдаемый темп событий приливного разрушения ниже, чем предсказывают теоретические модели.

Кирилл Лежнин, автор статьи, сотрудник лаборатории астрофизики и физики нелинейных процессов МФТИ, комментирует: «Как мы показали, наблюдаемый низкий темп захвата нельзя объяснить с помощью эффекта рогатки. Значит, нужно искать механизм, выходящий за пределы изучения звездной динамики. Возможно, событий приливного разрушения происходит столько, сколько мы посчитали. Тогда надо думать, почему мы их можем не видеть».

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология клонирование комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.