О побеге чёрных дыр и способностях сверхгорячих суперземель: несколько космических открытий 2025 года
Объект 3I/ATLAS, как утверждает NASA, — это всё-таки комета, а не инопланетный корабль, к сожалению для космолога из Гарварда Ави Леба.
Сверхмассивная чёрная дыра «сбежала» из галактики
Международная группа астрономов из Йельского университета получила возможное подтверждение того, что сверхмассивные чёрные дыры могут покидать свои галактики. До этого учёные только предполагали существование блуждающих черных дыр, находя галактики без центра.
Объект RBH-1 — Runaway Black Hole 1 — движется в межгалактическом пространстве со скоростью 954 км/с, то есть примерно 3,4 млн км/ч. За ним тянется светящийся шлейф из новорожденных звёзд длиной 200 тысяч световых лет (189 квинтлн км).
Чёрная дыра находится на расстоянии 7,5 млрд световых лет от Земли. На снимках телескопа «Хаббл» астрономы обнаружили линейную структуру длиной 62 килопарсек (1,9 квинтлн км), протянувшуюся от галактики Cosmic Owl. Эту структуру и интерпретируют как след.
Последующие наблюдения «Джеймс Уэбб» с помощью спектрографа NIRSpec подтвердили: на кончике этой структуры находится объект, движущийся со сверхзвуковой скоростью. Вещество позади него движется примерно на 600 км/с быстрее, чем перед ним. Это признак ударной волны от сверхмассивного тела.
Как чёрная дыра «сбежала»
Когда галактики сталкиваются и сливаются, их центральные чёрные дыры тоже объединяются. Возникающее при этом асимметричное излучение гравитационных волн создаёт отдачу, которая может вытолкнуть новообразованную чёрную дыру из центра галактики.
«Ударные дуги» появляются, когда чёрная дыра с огромной скоростью прорывается сквозь межзвёздное вещество. В области за ней давление ниже, там скапливается газ, который охлаждается и коллапсирует. Так рождаются новые звёзды, которые формируют светящийся след.
Чёрная дыра растёт быстрее своей галактики
«Джеймс Уэбб» подтвердил существование активно растущей сверхмассивной чёрной дыры в галактике, которая сформировалась через 570 млн лет после Большого взрыва. Галактика CANUCS-LRD-z8.6 относится к Little Red Dots — «маленьким красным точкам», которые «засветились» в ранней Вселенной и озадачили астрономов нарушением привычных для науки закономерностей.
Аномальная масса чёрной дыры
Исследователи использовали спектрограф NIRSpec, чтобы разложить свет CANUCS-LRD-z8.6 на спектр и увидеть характерные линии растущей чёрной дыры. Он зафиксировал газ, который вращается с огромной скоростью вокруг центра. Масса объекта составила около 100 млн масс Солнца. Для сравнения: чёрная дыра в галактике GN-z11 в 100 раз легче, хотя CANUCS-LRD-z8.6 старше всего на 150 млн лет.
Руководитель исследования Роберта Триподи отметила, что чёрная дыра растёт гораздо быстрее ожидаемого для столь раннего этапа. А соавтор Николас Мартис — что она «избыточно массивна» по сравнению со звёздной массой галактики. Обычно чёрные дыры и галактики растут синхронно, но CANUCS-LRD-z8.6 нарушает привычное правило.
Профессор Маруша Брадач назвала открытие важным для понимания того, как формировались первые сверхмассивные чёрные дыры.
Луны рождаются так же, как планеты?
«Джеймс Уэбб» провёл первые прямые измерения химического состава и физических свойств потенциального «лунообразующего диска, окружающего газовый гигант CT Cha b на расстоянии 625 световых лет от Земли. NASA описывает богатый углеродом диск как «потенциальную строительную площадку для лун», при этом в данных телескопа спутники не обнаружены.
Что именно нашли у CT Cha b
Инструмент «Джеймса Уэбба» MIRI зафиксировал семь углеродсодержащих молекул в диске планеты, включая ацетилен и бензол. В материале, вращающемся вокруг звезды-хозяина, их не обнаружили, зато нашли воду. Это означает, что у планеты есть собственный резервуар с веществом, из которого могут формироваться спутники.
Связь с лунами Юпитера
Астрономы отмечают, что существует гипотеза: четыре крупнейшие луны Юпитера возникли из такого же околопланетного диска из обломков и газа, который окружал планету в момент её формирования. Внешние луны Ганимед и Каллисто наполовину состоят из водяного льда, но ядра у них, предположительно, каменистые — возможно, из углерода или кремния.
Диск, окружающий CT Cha b, — вероятная иллюстрация процессов, которые могли происходить у газовых гигантов Солнечной системы более 4 млрд лет назад, и шанс лучше понять, как формировались луны в Солнечной системе.
Космические агентства упоминают, что понимание важно ещё и потому, что некоторые из них могут удерживать подлёдные океаны или плотную атмосферу и оставаться потенциально пригодными для жизни даже далеко от своей звезды.
Каменистая планета удерживает атмосферу вблизи звезды
Телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил возможные свидетельства наличия атмосферы на каменистой планете за пределами Солнечной системы. Сверхгорячая суперземля TOI-561 b на расстоянии 280 световых лет окружена толстым слоем газов над магматическим океаном. Это открытие ставит под сомнение прежнее представление о том, что небольшие планеты на экстремально близких орбитах не способны удерживать атмосферу.
Девятьсот градусов разницы
TOI-561 b совершает оборот вокруг звезды за 11 часов, находясь в 40 раз ближе к светилу, чем Меркурий к Солнцу. Если бы планета состояла только из скал, то температура её дневной стороны достигала бы 2700°C. NIRSpec зафиксировал 1800°C. Разница указывает на наличие плотной атмосферы, богатой летучими веществами, которая перераспределяет тепло между дневной и ночной сторонами.
Соавтор исследования Анджали Пиетт из Университета Бирмингема объяснила: сильные ветра переносят тепло на ночную сторону, а газы водяного пара поглощают инфракрасное излучение с поверхности, прежде чем оно уйдёт в космос.
Её коллега Тим Лихтенберг из Университета Гронингена допустил, что между магматическим океаном и атмосферой есть динамическое равновесие. Газы выходят из недр, но магма тут же засасывает их обратно. И что планета может быть богаче летучими веществами, чем Земля.
Учёный Джоанна Теске отметила аномально низкую плотность TOI-561 b. Она ниже ожидаемой для каменистых планет с сопоставимыми массой и радиусом. Это может указывать на существенную долю лёгких компонентов — летучих веществ в атмосфере и, возможно, в недрах планеты.
TOI-561 b стала первой каменистой экзопланетой с наиболее убедительными свидетельствами атмосферы. Предыдущие наблюдения «Джеймса Уэбба» приводили к неоднозначным или нулевым результатам. Некоторые спектры давали намёки на молекулярные особенности, но те либо были незначительными, либо были вызваны помехами от звёздного света.
Если атмосферы могут существовать в таких экстремальных условиях, значит, они могут быть более устойчивыми, чем считалось ранее. Планеты на умеренных орбитах вокруг красных карликов обладают ещё большими шансами сохранить атмосферу.
Органика за пределами Млечного Пути
«Джеймс Уэбб» впервые обнаружил сложные органические молекулы в ледяной оболочке протозвезды ST6 за пределами Млечного Пути, в Большом Магеллановом Облаке (БМО) — соседней карликовой галактике на расстоянии 160 тысяч световых лет. До этого подобные соединения удавалось найти только у небольшого числа протозвёзд.
MIRI зафиксировал спектральные признаки метанола, этанола, метилформиата, ацетальдегида и уксусной кислоты в замороженном состоянии. Это первое подтверждённое обнаружение этанола и метилформиата во льду за пределами Млечного Пути, а уксусная кислота в космосе до этого не встречалась. Исследователи также нашли возможные признаки гликольальдегида — предшественника компонентов РНК.
БМО содержит меньше тяжёлых элементов, чем Млечный Путь, и подвергается интенсивному ультрафиолетовому излучению. По словам учёного из Лейденского университета Уилла Роша, данные могут свидетельствовать о том, что сложные молекулы в силах формироваться даже в неблагоприятных условиях.
Ключ к ранней Вселенной
С учётом низкой концентрации металлов условия в БМО похожи на условия галактик ранней Вселенной. Марта Севильо из Университета Мэриленда подчеркнула, что неблагоприятные условия помогают понять работу сложной органической химии в примитивных средах с дефицитом углерода, азота и кислорода. Возможно, строительные блоки биомолекул формировались раньше в большем разнообразии условий, чем считалось прежде.