CP v2

Tag: Juodosios skylės

  • Žvaigždė staiga sužibo valandai: mokslininkai svarsto, ar tai pirmykštė juodoji skylė

    Žvaigždė staiga sužibo valandai: mokslininkai svarsto, ar tai pirmykštė juodoji skylė

    2019 metais astronomai užfiksavo neįprastą reiškinį: tolimoje dangaus srityje stebėta žvaigždė maždaug valandai švelniai paryškėjo, o vėliau ryškis grįžo į įprastą lygį. Toks signalas neprimena nei tipinio žvaigždės žybsnio, nei supernovos, nei daugumos žinomų kintamumo tipų.

    Išsamiau išanalizavusi duomenis, Swinburne technologijos universiteto vadovaujama tyrėjų grupė teigia, kad vienas geriausiai su stebėjimais sutampančių paaiškinimų yra mikrolęšiavimo įvykis. Tai situacija, kai masyvus, bet pats beveik nespindintis objektas trumpam „padidina“ fone esančios žvaigždės šviesą dėl gravitacinio poveikio.

    Kas galėjo suveikti kaip lęšis

    Komanda svarstė kelis scenarijus: laisvai klajojančią egzoplanetą Paukščių Take, panašų objektą Didžiajame Magelano Debesyje arba itin kompaktišką kūną Paukščių Tako tamsiosios medžiagos hale. Pastarasis variantas tyrėjams pasirodė statistiškai labiausiai tikėtinas, nes halas yra didžiulė, bet menkai žvaigždėmis užpildyta erdvė aplink galaktikos diską.

    Pasak autorių, modeliai rodo, kad lęšiu tapęs objektas yra daug labiau tikėtinas Paukščių Tako hale nei įprastose žvaigždžių populiacijose. Kandidatui suteiktas vardas Phoebe, o jo masė, pagal pirminius skaičiavimus, galėtų siekti maždaug trijų Mėnulių masę.

    Tokio masto juodoji skylė, jei ji egzistuotų, būtų neįtikėtinai kompaktiška: jos įvykių horizonto skersmuo būtų mikroskopinis, palyginti su astronominiais masteliais. Būtent todėl tokie objektai beveik neturi „įprastų“ stebimų požymių ir dažniausiai gali būti aptinkami tik per gravitacinį poveikį, o ne per jų skleidžiamą šviesą.

    Pirmykštės juodosios skylės ir tamsioji medžiaga

    Pirmykštės juodosios skylės yra hipotetiniai objektai, galėję susidaryti ankstyvojoje Visatoje, kai labai tankiose srityse medžiaga galėjo kolapsuoti į juodąsias skyles dar gerokai iki žvaigždžių formavimosi. Ilgą laiką jos laikomos viena iš galimų, bet nepatvirtintų tamsiosios medžiagos paaiškinimų krypčių.

    Vis dėlto šioje srityje vyrauja atsargumas: daugybė stebėjimų riboja, kokią tamsiosios medžiagos dalį galėtų sudaryti pirmykštės juodosios skylės skirtinguose masės intervaluose. Tai reiškia, kad net jei pavieniai kandidatai pasitvirtintų, vien jų nepakaktų automatiškai „išspręsti“ tamsiosios medžiagos mįslės.

    Diskusijos tęsiasi: planetos ar juodosios skylės?

    Tyrėjai pabrėžia, kad alternatyva išlieka: reiškinį vis dar galėtų sukelti ir klajojanti egzoplaneta, nors halas nėra pati palankiausia vieta tokiai gausai objektų, kaip tankesnėse žvaigždžių srityse. Mikrolęšiavimo signalai dažnai yra vienkartiniai, todėl papildomų patvirtinančių stebėjimų surinkti sudėtinga.

    Šis kandidatas įsilieja į platesnę mokslinę diskusiją, kilusią po to, kai 2026 metais buvo paskelbta apie mikrolęšiavimo kandidatų paieškas kitomis kryptimis, o vėliau dalis interpretacijų sulaukė kritiškų peranalizavimų. Tokie ginčai yra įprasti, nes mikrolęšiavimo duomenys jautrūs tiek instrumentiniams efektams, tiek foninių šaltinių „susimaišymui“ tankiuose žvaigždynuose.

    Autoriai teigia, kad proveržiui reikės dar jautresnių ir didesnio kadrų dažnio stebėjimų, kai teleskopai ilgesnį laiką nepertraukiamai „stebi“ tą pačią sritį. Dėl to daug vilčių siejama su naujos kartos plataus lauko programomis, kurios turėtų padidinti tikimybę sugauti daugiau trumpų, retų mikrolęšiavimo įvykių ir tiksliau atskirti jų kilmę.

  • Jameso Webbo teleskopas aptiko juodąją skylę, kuri, regis, atsirado anksčiau už galaktiką

    Jameso Webbo teleskopas aptiko juodąją skylę, kuri, regis, atsirado anksčiau už galaktiką

    Mokslininkai, pasitelkę Jameso Webbo kosminį teleskopą, aptiko itin ankstyvos Visatos supermasyvią juodąją skylę, kurios egzistavimas meta iššūkį įprastiems galaktikų ir juodųjų skylių augimo scenarijams. Objektas, pavadintas Abell2744-QSO1, stebimas laikotarpiu, kai Visatai tebuvo apie 700 mln. metų.

    Didžiausia intriga ta, kad juodoji skylė atrodo neįprastai didelė, palyginti su ją supančia galaktika, ir gali būti susiformavusi dar prieš pačios galaktikos brandą. Toks disbalansas ankstyvojoje Visatoje kelia klausimą, ar juodosios skylės visada auga lėtai, kartu su galaktikomis.

    Kas tiksliai buvo rasta?

    Tyrėjai nustatė, kad Abell2744-QSO1 juodosios skylės masė siekia apie 50 mln. Saulės masių. Ankstesni vertinimai buvo mažesni, tačiau šį kartą masė apskaičiuota tiesiogiau, matuojant juodosios skylės gravitacinį poveikį aplinkinių dujų judėjimui.

    Objektas priskiriamas vadinamiesiems mažiesiems raudoniesiems taškams, kuriuos Jameso Webbo teleskopas aptinka kaip kompaktiškus, ryškiai paraudusius ankstyvosios Visatos šaltinius. Šie objektai tapo viena aktyviausiai tiriamų Webb eros temų, nes gali slėpti aktyviai augančias juodąsias skyles.

    Gravitacinis lęšis padėjo pamatyti daugiau

    Abell2744-QSO1 stebėti pavyko dėl reto sutapimo: už jo esantis objektas buvo sustiprintas gravitacinio lęšio efektu, kurį sukelia galaktikų spiečius Abell 2744. Šis efektas ne tik padidina tolimų objektų ryškumą, bet kai kuriais atvejais suformuoja kelis jų atvaizdus.

    Dėl tokio natūralaus kosminio didinamojo stiklo astronomai galėjo detaliau ištirti dujų pasiskirstymą ir jų greičius. Būtent dujų kinematika, išmatuota spektroskopiniais stebėjimais, leido patikslinti juodosios skylės masę ir jos santykį su galaktika.

    Kodėl tai laužo įprastas taisykles?

    Tradicinis požiūris teigia, kad supermasyvios juodosios skylės auga palaipsniui: pradžioje susiformuoja mažesnė juodoji skylė, vėliau ji didėja ryjant aplinkinę medžiagą ir susijungdama su kitomis juodosiomis skylėmis, o galaktikoms jungiantis didėja ir jų centriniai objektai.

    Tačiau šiuo atveju juodosios skylės masė, palyginti su nedidele, chemiškai menkai išsivysčiusia galaktika, yra neįprastai didelė. Tai leidžia manyti, kad ankstyvojoje Visatoje galėjo veikti spartesni augimo keliai, pavyzdžiui, tiesioginis masyvių dujų debesų kolapsas arba itin intensyvus medžiagos kaupimas trumpais laikotarpiais.

    „Tai stulbinamas rezultatas ir rimtas postūmis iš naujo peržiūrėti klasikinius juodųjų skylių formavimosi ir augimo scenarijus“, – sakė astrofizikas Roberto Maiolino.

    Tyrėjai pabrėžia, kad toks objektas tampa svarbiu bandymu teoriniams modeliams, aiškinantiems, kaip per pirmąjį milijardą metų galėjo atsirasti milžiniškos juodosios skylės. Kuo daugiau panašių atvejų fiksuoja Jameso Webbo teleskopas, tuo aiškiau matyti, kad ankstyvosios Visatos juodųjų skylių augimas galėjo būti ne tvarkingas ir laipsniškas, o nelygus, priklausantis nuo ekstremalių sąlygų.

    Mokslininkai tikisi, kad tolesni Jameso Webbo teleskopo ir kitų observatorijų stebėjimai leis patikrinti, ar Abell2744-QSO1 yra išskirtinis atvejis, ar tik vienas iš daugelio ankstyvųjų objektų, rodančių, kad juodosios skylės galėjo „pirmauti“ galaktikų formavimosi lenktynėse.

  • Mokslininkai aptiko beveik 400 gravitacinių bangų signalų: tai keičia juodųjų skylių kilmę

    Mokslininkai aptiko beveik 400 gravitacinių bangų signalų: tai keičia juodųjų skylių kilmę

    Naujausias LIGO–Virgo–KAGRA gravitacinių bangų katalogas, apimantis beveik 400 užfiksuotų įvykių, leidžia mokslininkams pirmą kartą ne tik aprašyti pavienes keistenybes, bet ir sudaryti juodųjų skylių populiacijos vaizdą. Didžioji dalis signalų siejama su dvejetų juodųjų skylių susijungimais.

    Iki šiol juodąsias skyles dažniausiai pavykdavo tirti netiesiogiai, nes jos neskleidžia šviesos, o jų gravitacija uždaro net fotonų kelią. Gravitacinės bangos, erdvėlaikio raibuliai, leidžia „išgirsti“ susidūrimus ir iš signalo formos nustatyti mases, sukimąsi bei atstumą.

    Katalogo duomenys rodo, kad Visata gali gaminti juodąsias skyles ne vienu keliu. Dalis jų, tikėtina, susidaro iš masyvių žvaigždžių porų, kurios evoliucionuodamos kartu galiausiai virsta juodosiomis skylėmis ir vėliau susijungia.

    „Matome aiškių požymių, kad dalis susijungimų gimsta keliais skirtingais būdais“, – sakė Monash universiteto astrofizikė Sharan Banagiri.

    Kitas svarbus mechanizmas siejamas su tankiomis žvaigždžių sankaupomis, kuriose juodosios skylės gali „susirasti“ viena kitą dinamiškai, o ne gimti kaip pora. Tokiose aplinkose dažnesni netikėtai dideli masių skirtumai ir sudėtingesnė orbitų istorija.

    Statistinė analizė taip pat leidžia kalbėti apie galimą hierarchinių susijungimų grandinę, kai nauja, masyvesnė juodoji skylė susiformuoja iš ankstesnio susidūrimo ir vėliau vėl susijungia. Vienas iš tokių įvykių „pirštų atspaudų“ gali būti neįprastai didelis galutinio objekto sukimasis.

    „Vienas įdomiausių dalykų yra tai, kad dalis naujai aptiktų juodųjų skylių sukasi labai greitai“, – sakė Sharan Banagiri.

    Didėjantis aptikimų skaičius rodo ir technologinį šuolį: nuo pirmųjų metų, kai aptikimai buvo reti, prie laikotarpio, kai signalų fiksuojama kelis kartus per savaitę. Kuo daugiau įvykių, tuo tiksliau galima atskirti, kokia dalis juodųjų skylių kilusi iš žvaigždžių porų, o kokia – iš sankaupų dinamikos ar ankstesnių susijungimų.

    Tyrėjai pabrėžia, kad tokie katalogai svarbūs ne tik juodųjų skylių kilmei aiškintis. Gravitacinės bangos tampa nepriklausomu įrankiu kosmologijai, nes leidžia vertinti Visatos plėtimąsi ir tikrinti fundamentinės fizikos prognozes skirtinguose masių bei energijų režimuose.

  • Mokslininkai sako: tamsioji materija galėjo būti aptikta netyčia – ženklas užfiksuotas dar 2019 metais

    Mokslininkai sako: tamsioji materija galėjo būti aptikta netyčia – ženklas užfiksuotas dar 2019 metais

    Mokslininkų komanda teigia, kad tamsiosios materijos pėdsakai galėjo būti užfiksuoti netyčia, analizuojant gravitacinių bangų duomenis. Įtarimų sukėlė vienas 2019 metais detektuotas signalas, kurio forma gali rodyti ne įprastą susidūrimą vakuume.

    Gravitacinės bangos yra erdvėlaikio raibuliai, kuriuos sukelia itin masyvūs įvykiai, pavyzdžiui, juodųjų skylių susiliejimai. Nuo pirmojo tiesioginio aptikimo 2015 metais LVK tinklas jau užregistravo šimtus įvykių, o kiekvienas jų leidžia tikslinti modelius apie Visatos sandarą.

    Naujo darbo autoriai siūlo, kad dalis tamsiosios materijos galėtų būti sudaryta iš itin lengvų dalelių, kurios ekstremaliomis sąlygomis elgtųsi kaip banguojantis laukas. Tokia terpė, apgaubianti dvi susiliejančias juodąsias skyles, galėtų subtiliai pakeisti patį susiliejimo „garsą“ gravitacinių bangų duomenyse.

    Vienas signalas išsiskyrė iš kitų

    Tyrėjai palygino skirtingų susiliejimų signalus su teoriniu modeliu, kaip banga turėtų atrodyti, jei pora juodųjų skylių būtų panirusi į tankų tamsiosios materijos „debesį“. Analizėje buvo vertinami kelių dešimčių įvykių duomenys, užfiksuoti LIGO, Virgo ir KAGRA observatorijomis.

    Didžioji dalis signalų atitiko susiliejimą vakuume, tačiau vienas 2019 metų liepos mėnesio įvykis, žymimas GW190728, pasirodė suderinamas su scenarijumi tamsiosios materijos aplinkoje. Pasak autorių, tai galėtų reikšti, kad dalis informacijos iki šiol buvo priskiriama įprastiems susidūrimams, nors realiai aplinka galėjo būti kitokia.

    „Juodųjų skylių susiliejimų naudojimas tamsiosios materijos paieškai būtų milžiniškas proveržis“, – sakė Amsterdamo universiteto fizikas Rodrigo Vicente.

    „Taip galėtume tyrinėti tamsiąją materiją mažesniais masteliais, nei iki šiol buvo įmanoma“, – pridūrė jis.

    Kodėl tai dar nėra įrodymas

    Patys tyrėjai pabrėžia, kad rezultatas kol kas nėra pakankamai statistiškai tvirtas, kad būtų galima skelbti tamsiosios materijos aptikimą. Tokiems teiginiams būtini nepriklausomų grupių patikrinimai, papildomi modelių testai ir jautresni stebėjimai.

    „Statistinis patikimumas dar per mažas, kad būtų galima teigti, jog aptikta tamsioji materija, todėl reikia nepriklausomų patikrų“, – sakė MIT fizikas Josu Aurrekoetxea.

    „Be tokių bangos formos modelių galėtume fiksuoti susiliejimus tamsiosios materijos aplinkoje, bet sistemingai priskirti juos įvykiams vakuume“, – paaiškino jis.

    Situaciją komplikuoja tai, kad tamsiosios materijos prigimtis vis dar nežinoma: egzistuoja daug konkuruojančių hipotezių, o galutinis atsakymas gali pareikalauti kelių skirtingų stebėjimo metodų. Vis dėlto gravitacinių bangų astronomija tampa vis svarbesniu įrankiu, nes leidžia tikrinti fizikos modelius ten, kur įprasti teleskopai dažnai nepajėgūs.

    Ką pakeistų naujos kartos stebėjimai

    Artimiausiais metais tikimasi daugiau ir tikslesnių gravitacinių bangų duomenų, nes observatorijos nuolat tobulinamos, o aptinkamų įvykių skaičius auga. Didesnė imtis leistų patikrinti, ar GW190728 yra išskirtinė anomalija, ar tik pirmasis matomas pavyzdys platesnio reiškinio.

    Tyrimas paskelbtas mokslo žurnale „Physical Review Letters“. Jei rezultatai pasitvirtintų, tai atvertų naują kelią tamsiosios materijos paieškoms, remiantis ne tiesioginiu dalelių aptikimu, o jos paliekamu pėdsaku stiprios gravitacijos aplinkoje.

  • JWST pažvelgė į Kalmaro galaktikos širdį: aptiko paslėptą struktūrą ir naujų užuominų

    JWST pažvelgė į Kalmaro galaktikos širdį: aptiko paslėptą struktūrą ir naujų užuominų

    Infraraudonieji duomenys atvėrė centrą

    Jameso Webbo kosminis teleskopas (JWST) Kalmaro galaktikos, dar žinomos kaip M77 arba NGC 1068, centre atskleidė iki šiol sunkiai įžiūrimą struktūrą. Nauji stebėjimai atlikti artimojo ir vidutinio infraraudonojo spektro diapazonuose, todėl pavyko prasiskverbti pro tankius dulkių sluoksnius.

    M77 yra viena geriausiai tirtų aktyvių galaktikų, nes yra palyginti netoli Paukščių Tako, maždaug už 35 mln. šviesmečių. Dėl ryškumo ir palankios orientacijos ji laikoma patogia laboratorija aiškinantis, kaip veikia aktyvūs galaktikų branduoliai.

    Paaiškėjo nematytas baras

    JWST vaizduose per patį spiralės centrą išryškėjo vadinamoji baro struktūra, sudaryta iš žvaigždžių, dujų ir dulkių. Optiniuose vaizduose jos beveik nesimato, nes centrines sritis užgožia dulkės, sugeriančios ir išsklaidančios trumpesnių bangų spinduliuotę.

    Tokie barai astronomams svarbūs dėl to, kad jie gali „nukreipti“ dujas į galaktikos centrą ir taip maitinti aktyvų branduolį. Tai padeda geriau suprasti, kaip galaktikos ilgainiui keičiasi ir kodėl kai kurios jų tampa itin energingos.

    Kas slepiasi branduolyje?

    Kalmaro galaktikos centre yra supermasyvi juodoji skylė, o bendras branduolio masės „paketas“ vertinamas apie 13 mln. Saulės masių. Vis dėlto tyrėjai kelia ir sudėtingesnę hipotezę: dalis duomenų rodo, kad ten galėtų būti ne viena, o dvi supermasyvios juodosios skylės.

    Skaičiuojama, kad jei toks dvejetas egzistuoja, jo komponentai būtų per arti vienas kito, kad JWST galėtų juos atskirti tiesioginiu vaizdu. Tačiau teleskopas gali padėti kitu būdu, stebėdamas, kaip juda dulkės ir dujos aplink branduolį, nes šie judesiai atspindi gravitacinę „architektūrą“ centre.

    Žvaigždėdaros žiedas ir ekstremalios energijos pėdsakai

    Infraraudonieji JWST kadrai taip pat parodė ryškiai švytinčias, raudonai nuspalvintas sritis spiralės vijose, kur intensyviai gimsta žvaigždės. Matomas ir žvaigždėdaros žiedas aplink centrą, kelių tūkstančių šviesmečių skersmens, siejamas su dujų susitelkimu dėl galaktikos sandaros.

    Papildomo intrigų suteikia ankstesni aukštos energijos stebėjimai, kai neutrinų duomenys buvo susieti su M77 kryptimi ir jos aktyviu branduoliu. Jei ryšys tvirtėtų, tai reikštų, kad tokios galaktikos gali veikti kaip natūralūs dalelių greitintuvai, o JWST duomenys padeda geriau suprasti, kokiomis sąlygomis tokie procesai įmanomi.

    Kodėl tai svarbu dabar?

    JWST misija iš esmės pakeitė dulkėtais sluoksniais uždengtų kosminių regionų tyrimus, nes infraraudonoji šviesa leidžia pamatyti tai, kas anksčiau buvo paslėpta. M77 atvejis rodo, kad net gerai žinomi objektai gali slėpti reikšmingų detalių, kai juos stebime tinkamu bangos ilgiu.

    Tokie rezultatai svarbūs ne vien dėl gražių vaizdų: jie tikslina modelius, aiškinančius dujų tekėjimą į branduolį, žvaigždėdaros „sprogimus“ ir supermasyvių juodųjų skylių augimą. Kuo daugiau tokių pavyzdžių bus ištirta JWST, tuo tiksliau bus galima palyginti aktyvių galaktikų evoliuciją su ramesnėmis sistemomis, panašiomis į Paukščių Taką.

  • JWST mįslė dėl raudonų taškų: netikėtas rentgeno signalas gali atskleisti juodąsias skyles

    JWST mįslė dėl raudonų taškų: netikėtas rentgeno signalas gali atskleisti juodąsias skyles

    Jameso Webbo kosminis teleskopas (JWST) pastaraisiais metais ankstyvojoje Visatoje užfiksavo šimtus itin kompaktiškų objektų, astronomų pramintų mažais raudonais taškais. Jie matomi labai dideliuose raudonuosiuose poslinkiuose, kai Visatai tebuvo keli šimtai milijonų metų, todėl laikomi svarbia užuomina apie pirmųjų galaktikų raidą.

    Šie objektai glumina dėl savybių derinio: optiniame diapazone jie atrodo ryškiai raudoni, o ultravioletiniame turi santykinai melsvų požymių. Tokie spektriniai bruožai dažnai siejami su intensyvia spinduliuote ir dulkėmis ar dujomis, kurios dalį šviesos sugeria ir perdirba.

    Iki šiol viena populiariausių hipotezių teigė, kad mažų raudonų taškų šaltinis gali būti aktyvūs galaktikų branduoliai, kuriuos maitina sparčiai augančios supermasyvios juodosios skylės. Tačiau kilo problema: dauguma šių objektų nerodė aiškaus rentgeno spinduliuotės signalo, kuris paprastai laikomas vienu patikimiausių medžiagos kritimo į juodąją skylę požymių.

    Naujesnė analizė, palyginusi JWST giliųjų dangaus laukų stebėjimus su Chandra rentgeno observatorijos duomenimis, išskyrė neįprastą kandidatą, pavadintą 3DHST-AEGIS-12014. Skirtingai nei dauguma panašių objektų, jis yra ryškus rentgeno spinduliuose, o tai leidžia įtarti, kad viduje gali slypėti aktyviai maitinama juodoji skylė.

    „Jei maži raudoni taškai yra sparčiai augančios supermasyvios juodosios skylės, kodėl jos neskleidžia rentgeno spinduliuotės kaip kitos tokios juodosios skylės?“, – sakė Anna de Graaff.

    Mokslininkai svarsto, kad 3DHST-AEGIS-12014 galėtų būti pereinamosios būsenos objektas, padedantis suprasti, kaip ankstyvoje Visatoje užsimezgė ir augo masyvios juodosios skylės. Vienas aiškinimų teigia, kad šaltinį vis dar gaubia tankios dujų ir dulkių sankaupos, kurios paprastai sugeria spinduliuotę, tačiau nevienalytės properšos gali kartais praleisti rentgeno signalą, todėl šis gali kisti laike.

    „Jei patvirtinsime, kad rentgeno taškas yra mažas raudonas taškas pereinamojoje fazėje, galbūt pirmą kartą iš tiesų matysime, kas vyksta jo šerdyje“, – sakė Hanpu Liu.

    Tokie rezultatai svarbūs ir platesniam klausimui: kaip taip anksti kosminėje istorijoje galėjo susiformuoti juodųjų skylių užuomazgos, kurios vėliau užaugo iki supermasyvių. Ankstyvosios Visatos modeliai čia konkuruoja: vieni remiasi „lengvų“ sėklų scenarijumi po pirmųjų masyvių žvaigždžių žūties, kiti numato „tiesioginio kolapso“ variantą, kai didelės dujų sankaupos gana greitai subyra į masyvesnę pradinę juodąją skylę.

    Kol kas mokslininkai pabrėžia, kad vieno ryškaus rentgeno šaltinio neužtenka galutinėms išvadoms apie visą mažų raudonų taškų populiaciją. Reikės papildomų stebėjimų, ypač laiko kintamumo ir spektroskopinių matavimų, kad būtų galima atskirti, ar matomas signalas tikrai kyla iš akrecijos disko ir čiurkšlių, ar jį galėtų imituoti kiti procesai, pavyzdžiui, itin tankios žvaigždėdaros regionai.

    Vis dėlto 3DHST-AEGIS-12014 laikomas itin svarbia užuomina: jei tai iš tiesų pereinamoji mažo raudono taško stadija, ji gali tapti trūkstama grandimi, aiškinančia, kodėl dalis ankstyvųjų objektų atrodo kaip aktyvūs branduoliai, bet ilgą laiką vengė rentgeno spinduliuotės „parašo“.