;
Кейсы 5 августа 2020

Как рождаются планеты в самом неудачном для этого месте — прямо у черных дыр

Далее

Планеты, подобные планетам в нашей Солнечной системе, образованы из плоских дисков, которые состоят из газа и пыли. Эти диски называются протопланетными дисками. Такие процессы происходят по всей Галактике. Однажды группа астрономов задалась вопросом — могут ли появляться планеты как-то по-другому? В каких-то совершенно не подходящих для этого местах? Например, у черных дыр? В итоге ученые решили выяснить, могут ли планеты формироваться в самом худшем месте, которое только можно вообразить во всей Вселенной: рядом со сверхмассивной черной дырой. Оказалось, что это, по крайней мере, теоретически возможно, и астрономы назвали такой вид бланетами (blanets из сочетания слов black hole — черная дыра и planet — планета).

С чего все началось?

Легко представить черные дыры как прожорливые машины уничтожения, которые заглатывают все в непосредственной близости от себя. Но это не всегда так. Окружающая среда вокруг активных сверхмассивных черных дыр является достаточно сложной, и в прошлом году группа астрономов заявила, что вокруг каждой сверхмассивной черной дыры существует безопасная зона и именно в ней могут вращаться тысячи планет.

Теперь команда под руководством Кейичи Вада из Университета Кагосима в Японии дала новое название этим планетам — бланеты — и выяснила, как эти они могут образовываться из частиц пыли, кружащихся вокруг вокруг черных дыр.

Предоставлено: NASA

Этот новый вид планет может встать в один ряд с, казалось бы, невозможными и абсурдными объектами во Вселенной — плунетами и лунными лунами.

Что такое плунеты?

Плунеты — новый класс небесных объектов, которые представляют собой осиротевшие луны, вырвавшиеся из оков своих планетарных родителей.

В исследовании, опубликованном в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, астрономы назвали новый класс теоретических объектов, которые начинаются как луны вокруг больших планет, но в конечном итоге перемещаются сами по себе. Они называют их «плунетами» (ploonets из сочетания слов Pluto — Плутон и planets — планеты). Ученые считают, что эти объекты должны существовать на одиночных орбитах вокруг своих звезд-хозяев и даже могут быть обнаружены в ходе наблюдений из прошлых и настоящих исследований по поиску экзопланет, таких как Кеплер и ТЕСС .

Кто же такие лунные луны?

Вокруг многих планет, включая нашу, вращается одна или несколько лун. Но что, если бы эти небесные тела из скал и льда сами были окружены более мелкими объектами? Существуют ли такие вещи? И если да, то как они называются?

По словам астрономов Джуны Коллмайер из Института Карнеги в Вашингтоне и Шона Реймонда из Университета Бордо, это возможно. Что касается второго вопроса, у них есть несколько идей, от научно звучащих «сублун» (submoon) до гораздо более занимательных — лунных лун.

В анализе, опубликованном в предварительной базе данных arXiv, Коллмайер и Раймонд вычислили условия, которые позволили бы сублуне стабильно вращаться вокруг своей луны, не сбиваясь с курса или не разрываясь на части гравитационным притяжением от своей планеты. В нашей Солнечной системе спутники Сатурна — Титан и Япет — способны принимать сублуны.

Предоставлено: NASA

Как работают сверхмассивные черные дыры?

Вернемся к образованию бланет у черных дыр.

Сверхмассивные черные дыры находятся в центрах больших (и некоторых маленьких) галактик. Они похожи на нормальные черные дыры, за исключением того, что они чрезвычайно огромны и сверхмассивны. Для представления — их масса в миллионы и даже миллиарды раз больше массы Солнца. Они образуются и растут вместе со своей родительской галактикой, питаясь газом и пылью (а иногда и звездами), которые движутся в ядро ​​галактики.

Прежде чем упасть, весь этот материал образует огромный плоский диск вокруг черной дыры аккреционный диск. Он может быть невероятно горячим и испускать огромное количество излучения. У галактики, кроме горячего аккреционного диска, есть второй копланарный диск. Он состоит из гораздо более холодного газа и пыли, окруженный пылевым облаком.

Схема, показывающая центр активной галактики, где аккреционный диск питает сверхмассивную черную дыру, причем обе они окружены огромным пылевым тором. Предоставлено: Билл Сакстон, NRAO/AUI/NSF.

Мы знаем, что звезды могут быть захвачены на орбите вокруг сверхмассивных черных дыр — астрономы уже  наблюдали сложный танец звезд вокруг Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры в сердце Млечного пути, в течение десятилетий. Кстати, именно вращающаяся вокруг черной дыры звезда продемонстрировала предсказание общей теории относительности в самых экстремальных условиях, в которых ее вообще можно проверить.

Также было высказано предположение, что экзопланеты — как вращающиеся вокруг этих захваченных звезд, так и изгоев — также могут быть захвачены черными дырами.

Как образуются планеты? 

Теперь команда ученых в новом исследовании предлагает новый класс экзопланет, которые формируются непосредственно вокруг активных сверхмассивных черных дыр в сердцах галактик, в самом, казалось бы, неудачном для этого процесса месте. Такая активная черная дыра окружена аккреционным диском, вокруг которого вращается огромный поток пыли и газа, а его внутренний край впитывается в черную дыру.

Это очень похоже на то, как планеты формируются вокруг звезд. Скопление в газовом облаке гравитационно разрушается, вращаясь. По мере вращения материала из окружающего облака образуется диск, и, находясь немного дальше от звезды, где материал вращается более стабильно, могут образовываться планеты.

В процессе формирования планет, частицы пыли, которые составляют диск, начинают сцепляться вместе из-за электростатических сил. Эти большие куски затем начинают сталкиваться друг с другом, постепенно накапливая все больше и больше обломков, пока объект не станет достаточно массивным для того, чтобы силы гравитации сделали свое дело. Если ничто не нарушает процесс, через несколько миллионов лет появляется новая планета.

Диски обломков, образующие планетные тела вокруг ближайших звезд, снято с помощью Gemini Planetary Imager. Предоставлено: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/T. Esposito (UC Berkeley) Image processing: Travis Rector (University of Alaska Anchorage), Mahdi Zamani & Davide de Martin.

Как образуются планеты у черных дыр — бланеты?

Удивительно то, что такой же механизм образования планет возможен и для сверхмассивной черной дыры. Вблизи черной дыры диск очень горячий, но через несколько световых лет температура падает настолько, что образуется снеговая линия. Это расстояние от светила, на котором температура становится достаточно низкой для того, чтобы простые летучие соединения (такие как вода, аммиак, метан, молекулярные азот и хлор) переходили в твердое состояние и могли образовать планету.

Диск вокруг черной дыры, конечно, намного больше. Речь идет о сотнях триллионов километров в поперечнике. Для сравнения — диск около обычной звезды составляет несколько сотен миллионов. Однако столь внушительные размеры означают, что существует гораздо больше материала, из которого можно формировать планеты. В миллиарды раз больше материала.

В чем сложность образования бланет?

Несмотря на схожесть процессов, условия образования планет у звезд и черных дыр отличаются. Астрономы уже обнаружили некоторые проблемы с этой идеей. Например, вопрос турбулентности в диске (и даже его вязкость), препятствующая образованию бланеты. Но после подсчетов ученые обнаружили, что при всех обстоятельствах вполне возможно сформировать бланеты вокруг черной дыры.

При подходящих условиях черная дыра с массой, в миллион раз превышающей массу Солнца, может образовывать бланеты примерно за 70–80 миллионов лет. Это гораздо медленнее, чем образование планеты вокруг звезды. Зато они могут похвастаться размером от 20 раз больше массы Земли (это примерно масса Нептуна) до 3 000 масс Земли — в десять раз больше массы Юпитера. Это очень большая бланета.

У массивной черной дыры есть больший диск, и он может вырастить большие планеты. Их размера будет достаточно, чтобы они могли проникнуть на территорию коричневых карликов (объекты от 13 до 80 масс Юпитера, массивнее планет, но меньше звезд).

Произведение, изображающее «бланеты»: планеты, образовавшиеся вокруг сверхмассивной черной дыры. Предоставлено: Университет Кагосима

Возможно ли существование бланет?

Бланеты существуют? Вполне возможно, однако пока это лишь новая впечатляющая теория. Ученым предстоит еще много работы, но сценарии, которые они излагают, вполне логичны. Если бы они действительно существовали, то были бы действительно странными: свободно парили в космосе в окружении толстого диска пыли, безумно вращающегося вокруг сверхмассивной черной дыры всего в нескольких световых годах от Земли.

Читать также

Посмотрите на 3D-карту Вселенной: ее составляли 20 лет и она уже удивила ученых

Паразитов нужно спасать. Ученые даже придумали для этого специальный план

Путин разрешил сплошную вырубку лесов на Байкале. Что теперь будет?

Загрузка...