10 апреля мир впервые увидел черную дыру на фотографии. Этот сверхмассивный объект находится на расстоянии 53 миллионов световых лет от Земли и выглядит как темный круг с оранжевым ореолом. Несмотря на то что многие знают, на что похожа черная дыра, до этого все ее изображения были реконструкциями, основанными на решениях уравнений Эйнштейна. Теперь же ученые уверены: черные дыры действительно выглядят так, как их представляли.

Невидимые монстры

Черная дыра, названная гавайским именем Поэхи (Powehi) — «украшенное темным источником бездонное творение», — находится так далеко от Земли, что разглядеть ее в деталях с помощью одного радиотелескопа невозможно. Как и другие черные дыры, она представляет собой объект огромной плотности и обладает настолько мощной гравитацией, что сворачивает вокруг себя пространственно-временной континуум. Искривление настолько велико, что образуется область, из которой наружу не ведет ни одна из возможных траекторий. .....ца этой области называется горизонтом событий, и все, что проникает за него (включая видимый свет и другие электромагнитные волны), обратно вернуться уже не может.

В последние десятилетия ученые не сомневались в существовании черных дыр, хотя сама природа этих объектов препятствует непосредственному их наблюдению. Исследователи применяли косвенные методы, в том числе наблюдение за объектами, которые вращаются вокруг пустых областей космоса, или измерение массы и размеров объектов, являющихся источниками интенсивного излучения. Но разглядеть черноту горизонта событий на ярком фоне звезд и газа до сих пор не удавалось никому.

По кусочкам

Чтобы сфотографировать черную дыру, необходим телескоп размером с Землю и еще один важный инструмент — алгоритм, который сведет данные в итоговое изображение. Кэти Боуман — одна из исследователей, работавших над этим алгоритмом, еще студенткой пыталась научить компьютеры распознавать образы на основе зашумленной информации. Вместе с научным руководителем Биллом Фриманом она разработала метод, позволяющий распознать объекты, «зашифрованные» в полутенях, которые отбрасывают углы зданий. В результате становилось возможным увидеть то, что находилось за этими углами.

Event Horizon Telescope — это объединенная сеть из восьми обсерваторий по всему миру, чьи радиотелескопы синхронизированы по сверхточным атомным часам. Несмотря на то что они работают как один огромный телескоп диаметром 10 тысяч километров, такая система по количеству получаемой информации все-таки значительно уступает воображаемому радиотелескопу с тарелкой аналогичного размера. Это ограничение удается немного преодолеть из-за вращения Земли вокруг своей оси, благодаря чему можно собрать еще немного радиоволн. Основная проблема в том, что итоговое изображение будет все равно сильно зашумленным. Алгоритм Кэти Боуман позволяет убрать шумы и построить приемлемую картину.

Полученную радиотелескопами информацию можно интерпретировать по-разному и сгенерировать таким образом целый «зоопарк» изображений. Однако не следует думать, что исследователи просто притянули результат к своим представлениям о том, как должна выглядеть черная дыра. Существуют строгие ограничения, продиктованные тем, что астрономам известно о космосе. Ученые знают, на что должны быть похожи астрономические объекты и на что они не похожи. Это позволяет отсеять огромное количество вариантов, изображающих то, что не может находиться в центре галактик.

Допустим, мы запускаем симуляцию, в которой генерируется черная дыра в соответствии с предсказаниями теории относительности Эйнштейна, после чего экзотический объект помещается в центр Млечного Пути. В результате моделируются данные, которые в этом случае должен получить Event Horizon Telescope. Если бы черная дыра на самом деле выглядела иначе (или ее вообще не было), данные телескопов были бы совершенно другими и алгоритм Боуман мог бы получить совершенно другие изображения.

Алгоритм, в свою очередь, подобен сборщику пазла. Он анализирует скудные данные, полученные телескопами, и выстраивает на их основе общую картинку, используя фрагменты тысяч введенных в него изображений космических и даже земных объектов. Если из различных наборов изображений получается именно изображение черной дыры (которую мы симулировали), то ученые могут быть уверены, что алгоритм работает правильно.

Все сошлось

Полученное изображение сверхмассивной черной дыры в галактике М87 соответствует предсказаниям теории относительности Эйнштейна, позволяющей определить массу и диаметр этого экзотического объекта. Размером она превосходит Солнечную систему и достигает 40 миллиардов километров. Кроме того, она содержит массу 6,5 миллиарда Солнц. Однако самое примечательное в той фотографии, ради чего она и была сделана, это темный круг в центре раскрашенного в условные цвета ореола. Это тень черной дыры, которая соответствует горизонту событий.

Саму черную дыру невозможно увидеть, однако ее тень хорошо различима на фоне поглощаемого вещества. На Землю смотрит полюс Поэхи, поэтому астрономы видят раскаленный газ, вращающийся вокруг черной дыры, «сверху». Однако даже если бы черная дыра была видна сбоку, расчеты показывают, что вещество движется по таким траекториям, что тень все равно была бы видна. Интересно, что по форме тени можно определить различные свойства черной дыры (например, является ли она вращающейся) и отличить ее от червоточины (кротовой норы).

То есть в какой-то степени реконструированная фотография черной дыры является коллажем из фрагментов различных снимков, даже повседневных. Если бы алгоритм был плохим, результат сильно бы зависел от набора введенных изображений, и вместо черной дыры исследователи получили бы, например, фотографию со свадебной церемонии.

Будущие свершения

Чтобы узнать новые детали о космическом монстре в М87, ученым предстоит подробно изучить фотографию. Кроме того, сейчас исследователи заняты обработкой данных, полученных при наблюдении центра Млечного Пути, где находится черная дыра Sgr A*. Вполне возможно, что скоро будет опубликован более впечатляющий снимок сверхмассивной черной дыры, располагающейся куда ближе Поэхи, «всего лишь» в 25 тысячах световых лет от Земли. Поскольку Млечный Путь намного спокойнее эллиптической и активной М87, то астрономы смогут узнать больше о поведении черных дыр в различной среде.

В будущем астрономы получат еще больше инструментов, которые войдут в сеть Event Horizon Telescope. Так, национальная обсерватория Китт-Пик в штате Аризона (США) и миллиметровая решетка NOEMA во французских Альпах присоединяться к проекту в 2020 году. Это позволит лучше рассмотреть процессы, протекающие в непосредственной близости к черной дыре. К ним относится релятивистская струя, которая выбрасывается из ядра М87 и простирается на пять тысяч световых лет. А использование электромагнитного излучения чуть большей частоты должно несколько повысить четкость новых фотографий.

Звезды начали формироваться лишь спустя 100 миллионов лет.

Однако не позже, чем через 100000 лет после Большого взрыва, во Вселенной появилась самая первая молекула, невероятное соединение гелия и положительно заряженного водорода в структуре, известной как гелий-гидрид ион (HeH+).

«Химия тогда только начиналась», - сказал Дэвид Ньюфельд (David Neufeld), профессор Университета Джона Хопкинса, США, и один из авторов новой научной работы, в которой описывается обнаружение в космосе этой «неуловимой» молекулы.

«Формирование молекулы HeH+ имеет примерно такое же значение для эволюции химических процессов во Вселенной, какое имеет для жизни на Земле переход от одноклеточных форм к многоклеточным организмам», - сказал он представителям информационного агентства Франс Пресс.

Теоретические модели уже давно предсказывали существование молекулы HeH+, а кроме того, эта молекула была синтезирована в лаборатории и подробно изучалась, начиная еще с 1925 г. Однако обнаружение молекулы HeH+ в естественных условиях до сих пор ни разу не было осуществлено.

Проблема с обнаружением этой молекулы состоит в том, что испускаемые ею электромагнитные волны лежат в дальнем ИК-диапазоне, что затрудняет их наблюдения с поверхности Земли – поскольку атмосфера нашей планеты поглощает эти волны. Поэтому в новой работе Ньюфелд и его коллеги использовали для наблюдений самолетную обсерваторию НАСА SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), которая позволила устранить около 85 процентов «атмосферного шума». Исследователи знали, что гелий-гидрид ион следует искать в окрестностях умирающих звезд, подобных Солнцу, которые называют планетарными туманностями, поэтому объектом этих наблюдений стала планетарная туманность NGC 7027, находящаяся на расстоянии примерно 3000 световых лет от нас. Данные, полученные в результате трех полетов обсерватории SOFIA, выполненных в мае 2016 г., позволили исследователям однозначно установить присутствие молекулы HeH+ в окрестностях наблюдаемой планетарной туманности.

В самом деле, для подтверждения присутствия планеты необходимо дождаться, пока она совершит более чем один оборот вокруг родительского светила. Это может занять от нескольких суток для самых близких к родительским звездам планет до десятилетий в случае отдаленных планет – так, Юпитеру требуется 11 лет для совершения одного полного оборота вокруг Солнца. Только телескоп, специально предназначенный для поисков экзопланет, позволяет проводить такие наблюдения на протяжении долгого времени – и именно к таким инструментам относится телескоп EULER Женевского университета, Швейцария, расположенный в обсерватории Ла-Силья, Чили. Планеты с большими орбитальными периодами представляют особый интерес для астрономов, поскольку они являются частью слабо изученной популяции планет, которая может стать «недостающим звеном» теории формирования и эволюции планет во Вселенной.

«Это заняло в общей сложности 20 лет; наблюдения проводились различными командами исследователей, - сказала Эмили Рикман (Emily Rickman), главный автор нового исследования. – Этот результат не мог быть достигнут без помощи спектрографа CORALIE, установленного на телескопе EULER, уникальном телескопе для поиска экзопланет с большим орбитальным периодом».

Телескоп EULER в основном предназначен для изучения экзопланет. С момента ввода телескопа в эксплуатацию, состоявшегося в 1998 г., он был оснащен спектрографом CORALIE, который позволяет астрономам измерять радиальные скорости звезд с точностью до нескольких метров в секунду, что позволяет обнаруживать при помощи метода радиальных скоростей планеты массой меньше массы Нептуна.

Все 5 обнаруженных в этом исследовании планет имеют орбитальные периоды от 15,6 до 40,4 года и массы от 3 до 27 масс Юпитера.

Эта звезда получила статус самой холодной и крохотной звезды, на которой когда-либо была зарегистрирована белая сверхвспышка – и согласно некоторым определениям, она даже может быть не отнесена к классу звезд и представлять собой субзвездный объект, называемый коричневым карликом.

Главный автор нового исследования Джеймс Джекман (James Jackman), студент докторантуры Уорикского университета, Соединенное Королевство, сказал: «Активность звезд небольшой массы быстро падает при уменьшении массы, и мы ожидаем, что хромосфера (оболочка звезды, в которой рождаются вспышки) становится более холодной и теряет склонность к формированию вспышек. Тот факт, что мы наблюдаем вспышку белого света на этой звезде предельно малой массы, указывает на относительно высокую магнитную активность звезд таких малых масс».

Эта звезда, относимая астрономами к карликам спектрального класса L, расположена на расстоянии примерно 250 световых лет от нас и носит название ULAS J224940.13-011236.9. Звезда имеет размер всего лишь порядка одной десятой от размера нашего Солнца – что примерно эквивалентно размеру Юпитера в Солнечной системе. Эта звезда прежде была недоступной для наблюдений, поскольку является очень тусклой, однако в ходе обзора окрестных звезд астрономы из Уорикского университета смогли заметить эту звезду как раз в тот момент, когда на ней разразилась неожиданно мощная вспышка.

Карлики спектрального класса L в основном излучают в ИК-диапазоне, поэтому команде Джекмана не составило труда определить, что на наблюдаемой ими звезде происходит высокоэнергетическая вспышка, сопровождаемая, помимо ИК излучения, излучением в УФ и оптическом диапазонах электромагнитного спектра. Используя инструмент Next Generation Transit Survey (NGTS) Паранальской обсерватории, Чили, а также дополнительные данные, полученные при помощи обзоров неба Two Micron All Sky Survey (2MASS) и Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), ученые собрали банк наблюдений этой звезды объемом свыше 146 ночей.

Согласно проведенному исследователями анализу этих данных, вспышка произошла 13 августа 2017 г. и имела мощность порядка 80 миллиардов тонн в тротиловом эквиваленте, что в 10 раз превышает энергию события Кэррингтона 1859 г. – мощнейшей солнечной вспышки, когда-либо зарегистрированной наукой.

Дальнейшим развитием своих исследований Джекман и его коллеги видят поиски других звезд малой массы, на которых происходят мощные вспышки, чтобы получить еще больше информации о нижнем пределе массы, при достижении которого звезда становится неактивной.

Звездопад Лириды считается не слишком густым, но эффектным. Метеоры могут появляться по всему небу (до 20 падающих звезд в час). Этот метеоритный дождь легче увидеть в Северном полушарии. В Киеве Лириды можно будет увидеть с 21:00 22 апреля до 5:00 23 апреля, в случае хорошей погоды.

Звездопад будет подниматься в небе в течение всей ночи, но вскоре после этого взойдет почти полная Луна и наблюдение станет затруднительным. Кстати, чтобы увидеть звездопад глазам нужно дать достаточно времени, чтобы приспособиться к темноте (около получаса на подготовку). Для лицезрения звездопада лучше одеться теплее и найти удобное место для сидения, где можно откинуться назад и увидеть все небо. Поскольку метеоры могут появляться по всему небу, невооруженный глаз - лучший инструмент, который вы можете использовать; телескопы и бинокли сузят ваш обзор. Метеоры, прилетают издалека и имеют длинные, поразительно красивые хвосты. Лириды влетают в атмосферу Земли на скорости около 49 километров в секунду и могут светить так же ярко, как звезды в Большой Медведице.

комета Тэтчер, обращается вокруг Солнца примерно раз в 415 лет. К счастью для небесных наблюдателей, Земля проходит через пыль кометы каждый год в середине - конце апреля. Поток наблюдался еще в 687 году до нашей эры - это один из самых ранних зарегистрированных дождей. Комета Тэтчер совсем недавно прошла мимо Солнца (и окрестностей Земли) - в 1861 году, а в следующий раз она пройдет мимо в 2276 году.

Кстати, астрологи отмечают, что Лира – созвездие, которое покровительствует всем творческим и талантливым людям. Период звездопада обещает стать удачным для раскрытия скрытых способностей и получения новых знаний. Следующим метеорным потоком, который смогут наблюдать жители Земли, станет звездопад Аквариды- с 28 по 30 июля.

Создание видеоролика с вихрем движущегося газа в случае сверхмассивной черной дыры (СМЧД) галактики М87 не должно встретить принципиальных трудностей. Эта СМЧД имеет гигантскую массу даже для объектов своего класса: ее масса составляет 6,5 миллиарда масс Земли, а диаметр горизонта событий – границы области «невозврата» из ЧД – сравним с диаметром Солнечной системы. Поэтому для совершения одного оборота вокруг СМЧД материи требуется довольно продолжительное время.

«Временной масштаб событий, происходящих в окрестностях СМЧД галактики М87, существенно больше одних суток. Это великолепно!», - сказал Шеп Долеман (Shep Doeleman), астроном из Гарвардского университета, США, руководитель проекта EHT и главный автор нового исследования.

Кроме записи на видео изменений, происходящих в окрестностях центральной черной дыры галактики М87, ученые также планируют произвести съемку более близко расположенной к нам черной дыры Стрелец А* - центральной СМЧД Млечного пути – и представить вскоре ее снимок. Эта СМЧД имеет массу примерно в 1000 раз меньше, по сравнению с СМЧД галактики М87, поэтому газ в ее окрестностях движется очень быстро, и для корректной фиксации изменений в этом случае придется использовать специально разработанный алгоритм, указали авторы.

Массивные спиральные галактики с общими массами звезд, в несколько раз превышающими общую массу звезд Млечного пути, часто демонстрируют относительно низкие скорости формирования звезд, подчас даже ниже скорости формирования звезд в нашей Галактике. Этот факт приводит астрономов в недоумение, поскольку для набора галактиками настолько большой массы звезд измеренной скорости их формирования оказывается недостаточно. Поэтому исследователи полагают, что на эволюцию таких массивных спиральных галактик оказывают влияние какие-то другие механизмы.

Чтобы глубже разобраться в этом вопросе, необходимо собрать информацию об общем содержании и пространственном распределении молекулярного газа в галактиках этого класса. Такие исследования помогают понять механизм формирования звезд из молекулярного газа в массивных спиральных галактиках.

С этой целью группа астрономов во главе с Цзяном-Тао Ли из Мичиганского университета, США, провела наблюдения линий монооксида углерода и его изотопологов в галактике NGC 5908, используя 30-метровый радиотелескоп IRAM, расположенный в Испании. Галактика NGC 5908 находится на расстоянии 170 миллионов световых лет от Земли, а масса ее звезд оценивается в 256 миллиардов масс Солнца. Скорость формирования звезд в этой галактике составляет 3,81 массы Солнца в год.

В проведенном исследовании обнаружено, что общая масса молекулярного газа в галактике NGC 5908 составляет примерно 8,3 миллиарда масс Солнца, в то время как вместе с атомарным водородом эта масса возрастает примерно до 13 миллиардов масс нашего светила. И хотя эти результаты подтверждают, что холодный газ в галактике NGC 5908 вносит значительный вклад в общий баланс газа, однако это количество холодного газа не может объяснить, как галактика NGC 5908 набрала общую барионную массу порядка 2 триллионов масс Солнца.

Наблюдения также выявили, что у галактики NGC 5908 имеется гало из темной материи массой порядка 10 триллионов масс Солнца.

Общий вывод из проделанной работы состоит в том, что в галактике NGC 5908, вероятно, недавно закончилась вспышка звездообразования, и теперь в ней присутствует большое количество остаточного холодного газа.

Абрахам Лоэб – это астроном из Гарвардского университета, США, который недавно попал на первые страницы газет, заявив, что космический объект, известный как Оумуамуа, может являться частью инопланетного космического корабля. Считается, что астероид Оумуамуа движется из-за пределов Солнечной системы, поскольку его траектория демонстрирует, что объект не связан с Солнцем гравитационно, а кроме того он движется быстрее, чем обычные для нашей планетной системы объекты. В новом исследовании Лоэб и его студент Сираж предприняли попытку найти свидетельства присутствия других астероидов из межзвездного пространства среди околоземных космических объектов.

Согласно предположению Лоэба и Сиража, если космический камень движется слишком быстро, то он может являться «гостем» из другой планетной системы. Исследователи проанализировали базу данных Центра исследований околоземных объектов НАСА на предмет наличия космических камней с аномально высокими скоростями. В результате анализа было найдено три таких объекта, два из которых были исключены из рассмотрения по причине недостаточного количества данных. Третьим объектом стал метеор диаметром чуть менее одного метра, который дезинтегрировал в атмосфере Земли 8 января 2014 г. на высоте 18,7 километра над Папуа – Новой Гвинеей. Его скорость в это время составляла около 216000 километров в час. Проследив в обратном направлении траекторию, по которой двигался этот астероид, ученые сделали вывод, что он, вероятно, попал к нам из другой планетной системы. Если эти соображения подтвердятся, это станет первым известным науке примером вхождения в Солнечную систему объекта из межзвездного пространства.

Стартап группы экспертов из Германии запланировал отправить на Луну два зонда, чтобы изучить место посадки одной из американских миссий.
Согласно оценке исследователей, на поверхности спутника сейчас находится до двухсот тонн разнообразных объектов, завезенных с Земли.

«Никто на Луне мусор не вывозит. А естественные процессы протекают там значительно медленнее, чем на Земле. В конце концов, из-за отсутствия атмосферы там нет ни осадков, ни ветра. Даже знаменитый отпечаток ботинка, который 21 июня 1969 года оставил астронавт Нил Армстронг, став первым человеком на Луне, вероятно, в значительной степени сохранился и до сегодня».

Компания предполагает исследовать оставленные артефакты и воздействие на них излучения – космического и солнечного. Стоимость проекта оценили в сотню миллионов евро.

Ученые еще не собрали полной суммы.

Ожидается, что уже в следующем году археологическая миссия отправится в путь. Прежде всего ее цель – окраина Моря Ясности на севере Луны, где высадились астронавты «Аполлона-17».

На месте прилунения оставили нижнюю часть посадочного модуля, луноход, исследовательскую станцию, американский флаг и 34 километра следов от ног космонавтов или шин техники.

«Мы будем осторожно следить за тем, чтобы не нарушить историческое место».