В самом деле, наша родная галактика находится на пути к столкновению и объединению с галактикой Андромеды, которая в настоящее время находится на расстоянии около двух миллионов световых лет от нас.Конечно, мы не замечаем, что две галактики сближаются.
«С человеческой точки зрения, наша галактика, кажется, не меняется, — говорит астрофизик из Университета Айовы Хай Фу, — но в истории Вселенной она постоянно меняется».Галактики сливались на протяжении большей части 13-миллиардной истории Вселенной, и ученые некоторое время наблюдали за этими слияниями. Они не совсем понимают, как происходят слияния.Фу, доцент кафедры физики и астрономии, стремится прояснить это явление, наблюдая сверхмассивные черные дыры (с массой около миллиарда солнц), которые находятся в центре большинства галактик.
Астрофизики считают, что большие галактики растут, пожирая более мелкие. В таких случаях ожидается, что черные дыры обоих будут вращаться вокруг друг друга и в конечном итоге сольются. Фу и его команда выиграли трехлетний грант в размере 405 011 долларов от Национального научного фонда, чтобы найти и охарактеризовать эти небесные явления.
«То, что мы пытаемся увидеть, — это поздние стадии слияния галактик, когда две галактики находятся так близко друг к другу, что высвобождают приливные силы энергии, вроде пульсирующих приливных сил, возникающих, когда Солнце и Луна выстраиваются в линию с Землей, но очень сильно, гораздо более интенсивно », — говорит он.Фу просканирует большой кусок ночного неба — представьте, что Луна умножилась на 1200 по небу, и вы почувствуете размер — чтобы найти доказательства аккреции черных дыр или скопления массы.
«Пары галактик с аккрецирующими черными дырами редки и их трудно найти, — говорит Фу, — и именно поэтому нам нужна такая большая область для исследования».Черные дыры не всегда срастаются.
Но те, которые похожи на кого-то, кто переедает. Нарастающие черные дыры с жадностью поглощают материал вокруг себя. Постепенно, поедая все больше и больше космической пищи, они сближают свои родительские галактики.«Они больше не сидят на диете», — говорит Фу.
Все, что поедает, высвобождает поток энергии, интенсивные вспышки света, называемые квазарами, которые настолько ярки, что почти закрывают сами галактики. Эти квазары должно быть легко наблюдать даже на больших расстояниях, но большая часть излучаемого ими света фактически гасится пылью, образовавшейся в процессе слияния.К счастью, сверхмассивные черные дыры также излучают радиоволны, и эти выбросы «приходят на помощь, потому что их не гасит пыль», — говорит Фу.Фу и его команда изучат карты радиоизлучения, полученные с помощью Very Large Array, одной из ведущих в мире астрономических радиообсерваторий, расположенной в Нью-Мексико и управляемой Национальной радиоастрономической обсерваторией, учреждением NSF.
Группа подтвердит свои выводы с помощью оптических наблюдений в W.M. Обсерватория Кека, расположенная на Мауна-Кеа, спящем вулкане на Гавайях.Грант NSF также профинансирует строительство под руководством студентов «песочницы дополненной реальности», чтобы продемонстрировать влияние гравитации во Вселенной, например, на орбиты планет, аккреционный диск вокруг черной дыры или нейтронной звезды и сложные орбиты звезды в галактиках эллиптической формы.На данный момент в проекте приняли участие девять студентов; они разделились на команды, чтобы написать программу, построить песочницу (с настоящим песком) и создать приложение для планшетов Android.
Песочница будет использоваться на уроках астрономии, демонстрациях физики для школьников K-12 в районе Большого Айова-Сити, а также на выставках в Музее естественной истории UI и Мобильном музее UI.Ожидается, что песочница будет завершена к концу весеннего семестра 2017 года.
«Это впечатляет», — говорит Фу. «Студентам не обязательно нравится сдавать экзамены, но они действительно хорошо работают в командах».