Миссия «Rosetta»
Главные научные открытия 2014 года
Главные научные открытия 2014 года

Рейтинг составлен по результатам исследования, в ходе которого было опрошено более 80 ученых. Исследование проходило в два этапа. На первом эксперты называли значимые, по их мнению, для 2014 года темы, которые оценивались исходя из следующих критериев:

1. Вклад в фундаментальную науку;
2. Усиление позиции данной исследовательской области в науке;
3. Общественный (медийный) резонанс.

По итогам опроса был составлен общий список из 150 тем, после выделения пересечений в ответах экспертов был составлен промежуточный вариант рейтинга. Второй этап представлял собой повторный выбор экспертами пунктов из отредактированного списка. После подсчета голосов был сформирован итоговый вариант рейтинга, в который вошли темы, получившие суммарно большее количество голосов в ходе первого и второго этапов исследования.

Миссия «Rosetta»

Впервые в истории искусственному зонду удалось выйти на орбиту вокруг кометы и приземлиться на ее поверхность

Миссия «Rosetta»

Что произошло: 12 ноября 2014 года была осуществлена первая в истории мягкая посадка исследовательского модуля на поверхность ядра кометы 67P/Чурюмова — Герасименко. Спускаемый зонд «Филы», оснащенный десятком научных приборов, проработал на поверхности три дня, успев исследовать вещество кометы и передать собранную информацию на Землю.
Предыстория: Комета 67P/Чурюмова — Герасименко не первая, которую человечество изучает при помощи автоматических аппаратов. Комета Галлея исследовалась в пролетном режиме сразу несколькими станциями еще в 1986 году. А в 2005 году аппарат Deep Impact выстрелил в комету 9P/Темпеля специальным ударным зондом, что можно считать первой жесткой посадкой. Интерес астрофизиков (и геологов) к кометам примерно такой же, как и интерес палеонтологов к останкам динозавров. Небесные гостьи, как их называли раньше, образовались на ранних этапах зарождения Солнечной системы. С тех пор они находятся во внешних ее областях — внутреннем или внешнем облаке Оорта на расстоянии до 100 тысяч а. е. Вещество кометы — смесь льдов и пыли — это остатки строительного материала, из которого образовалась и наша Земля. В частности, к этим веществам относится водяной лед. Так, например, образование океанов на Земле отчасти объясняют именно столкновениями с кометами в ту эпоху, когда планета уже успела существенно остыть, поскольку в сам момент своего формирования Земля была слишком горяча, и вся вода, если она тогда была, испарилась.
Перспективы: Один из результатов, который уже опубликован по данным, полученным миссией «Розетта», как раз заключается в том, что состав испаряющейся с поверхности кометы воды существенно отличается от земного. В кометной воде в несколько раз больше тяжелой компоненты, то есть основанной на дейтерии — изотопе водорода. Это заставляет вновь задуматься о том, как же все-таки образовались земные запасы воды. Кроме того, предполагалось, что «Филы» сможет исследовать вещество кометы на предмет органических молекул и их свойств, что тесно связано с возникновением жизни как таковой. По-видимому, эти и еще многие другие результаты будут опубликованы в скором времени, так как «Розетта» будет сопровождать комету по орбите еще год.

Эксперимент BICEP2

Обсерватория BICEP2 заявила об обнаружении «отголосков Большого взрыва» — гравитационных волн, порожденных инфляционным расширением Вселенной

Эксперимент BICEP2

Что произошло: Работающие над экспериментом BICEP2 ученые объявили, что обнаружили поляризацию B-типа реликтового излучения на больших угловых масштабах. Такая поляризация, иначе называемая вихревой, интересна, поскольку одним из предсказаний моделей космологической инфляции является генерация поляризации как раз такого типа.
Предыстория: В эпоху рекомбинации, то есть образования водорода, когда фотоны становятся свободными и начинают распространяться через всю Вселенную, реликтовые гравитационные волны, оставшиеся от инфляционной стадии, могут привести к образованию поляризации B-типа. Уровень поляризации, измеренный в этом эксперименте, был интересен с точки зрения инфляционных моделей, некоторые из которых предсказывали сигнал такой величины. С самого начала результаты этого эксперимента не согласовывались с данными космического эксперимента Planck, полученными годом ранее. Однако BICEP2 проводил наблюдения только на одной частоте, а спутник Planck обладает возможностью регистрировать несколько частот, что позволяет отделить сигнал поляризации именно реликтового излучения от других источников. Последовавший анализ показал, что сигнал действительно есть, но его источник — пыль в нашей Галактике.
Перспективы: Если бы это открытие подтвердилось, то это стало бы дополнительным подтверждением инфляционной модели ранней Вселенной — эпохи экспоненциально быстрого раздувания, которая предшествовала горячей стадии. Разные модели этого сценария дают немного разные предсказания амплитуды реликтовых гравитационных волн: чем больше амплитуда, тем сильнее поляризация. Некоторые модели уже закрыты, другие, предсказывающие амплитуды на измеренном уровне, будут иметь проблемы с подтверждением, так как раньше влияние фона существенно недооценивалось.

Расшифровка генома древнего человека

Получена расшифровка генома старейшего из известных науке человека, жившего в Сибири 45 тысяч лет назад

Расшифровка генома древнего человека

Что произошло: В 2014 году международным коллективом исследователей в Омской области на реке Иртыш была найдена бедренная кость древнейшего сапиенса. Сечение кости человека из Усть-Ишима оказывается строго промежуточным между неандертальским и кроманьонским вариантами. Слабый изгиб кости и сильное развитие рельефа на задней стороне говорят о том, что кость принадлежит сапиенсу, а не неандертальцу.
Однако главной сенсацией стал анализ генома усть-ишимца. Его геном оказался ожидаемо сапиентен. У него вовсе нет «денисовской» примеси, а неандертальской обнаружилось примерно 2,3% (когда у европеоидов ее оказывается 1,6–1,8%, а у монголоидов — 1,7–2,1%). Из этих фактов следует, что усть-ишимец не так далеко отстоит по времени от момента метисации — скрещивания Homo sapiens и неандертальцев. Авторы статьи оценивают этот срок в 7–13 тысяч лет. То есть, учитывая датировку самой находки, смешение должно было происходить 52–58 тысяч лет назад. Такая оценка расходится с теми, которые до сих пор называли генетики, но зато сближается с теми, которые предполагали палеоантропологи.
Предыстория: Еще в 2008 году ученый Николай Паристов нашел недалеко от села Усть-Ишим бедренную кость человека в сопровождении многочисленных останков мамонтовой фауны, что намекало на немалую древность. Проведенное всестороннее исследование, результаты которого опубликованы в журнале Nature, не только подтвердило эту догадку, но дало массу новой информации.
Усть-ишимский человек жил 45 тысяч лет назад, как раз в самый ответственный момент истории Homo sapiens, когда первые кроманьонцы начали расселяться по планете. Наиболее вероятным интервалом их исхода является 45–80 тысяч, причем генетики склоняются к более древним, а археологи и антропологи — к молодым цифрам. Теперь же мы можем быть уверены, что как минимум 43 тысячи лет назад (минимальная возможная дата для Усть-Ишима с учетом погрешности) люди не только вышли с Черного континента, но и добрались до берегов Иртыша.
Перспективы: Каждая новая находка дополняет наши знания о прошлом. Каждый новый метод исследования дает независимую проверку выводов, сделанных предыдущими. Чем больше генетических анализов древних сапиенсов будет сделано, тем точнее мы будем знать пути миграций и моменты смешиваний. Все еще не до конца ясен момент со смешиванием первых сапиенсов с другими архаичными людьми, даже неясно, сколько вариантов этих древних людей жило на планете. Люди в процессе расселения по планете не только разделялись на новые расы, но и смешивались. Этот момент пока почти совсем не изучен генетиками. Крайне мало известно о генетике людей, живших от 10 тысяч лет назад до современности, а ведь это очень важное время, когда производящее хозяйство увеличило одни популяции и уничтожило другие. Итогом исследования максимального числа древних и современных групп людей должна стать Всеобщая история генофонда человечества, чтобы каждый современный человек мог проследить свою родословную до появления вида Homo sapiens.

Нейроны места

Проведены исследования нервных клеток, отвечающих за систему позиционирования в мозге

Нейроны места

Что произошло: Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена за обнаружение нейронов, «маркирующих» пространство. Этот феномен является примером того, что нейроны связаны с каким-то субъективным аспектом мира животных. Исследователи Джон О’Киф и супруги Мозер работали с животными, но «нейроны места» были зарегистрированы и у человека.
Предыстория: Первые результаты исследований в этой области были опубликованы в 1971 году Джоном О’Кифом и Джонатаном Достровским. Они зарегистрировали в гиппокампе нейроны, которые становятся активны в тот момент, когда животное смотрит в определенную сторону. Например, когда крыса находилась в ящике, при ее повороте в какую-то сторону происходила активация конкретных нейронов, а когда она отворачивалась, эти нейроны «замолкали». Почти сразу после этого появились работы, в которых было показано, что существуют нейроны определенных мест в пространстве. Можно зарегистрировать клетки, которые активируются, когда животное находится в середине ящика, с какой-то стороны или в определенных углах. Это не какие-то четкие пятна размером 10х10 см, это зависит от того, как животное воспринимает конкретное пространство.
После 1971 года было несколько работ, в которых О’Киф впервые употребил термин «нейроны места», а также предположил, что эти нейроны могут быть связаны с «когнитивными картами». Супруги Мозер занимались исследованием и регистрацией большого количества клеток, и, в частности, в энторинальной коре они обнаружили так называемые «клетки решетки», которые становятся активными с определенной регулярностью в пространстве. Если пометить все места, где был активен один конкретный нейрон, то при его регистрации оказывается, что он маркируется в пространстве таким образом, что получается некая гексагональная решетка. Она может быть не очень четко выражена, но определенная закономерность расположения таких пятен действительно бросается в глаза. Такие клетки были названы «нейронами решетки». Кроме того, они показали наличие нейронов, которые более активны в приграничных областях пространства, в котором находится животное. Согласно формулировке Нобелевского комитета, премия была присуждена «за обнаружение системы навигации в мозге», но это вовсе не значит, что у нас есть какой-то навигатор, это значит, что существуют клетки, которые маркируют субъективную карту пространства.
Перспективы: В целом обнаружение «нейронов места» имеет фундаментальное значение для исследований в области поведенческой специализации нейронов. На мой взгляд, остается принципиальный вопрос: будем ли мы искать нейроны разных приборов внутри мозга (приборов навигации, детекции, сопоставления и так далее)? Или все-таки нейроны специализированы относительно каких-то других «вещей»? Эти вопросы остаются открытыми. Есть мнение, что нейроны связывают свою активность с достижением определенных результатов, которые способствуют выживанию, иначе ни пространство, ни жизнь себя маркировать не могут.

Система CRISPR/Cas9

Расширение области применения технологии, позволяющей направленно заменить любой участок ДНК в живой клетке

Система CRISPR/Cas9

Что произошло: Несмотря на то, что первая публикация о технологии редактирования генома, базирующейся на системе CRISPR/Cas9, появилась в начале 2013 года, за этот год увидели свет уже сотни статей с примерами использования этой методики. Одновременно с применением CRISPR к манипуляции с геномом методы ZFNs (Zinc-finger nucleases) и TALENs (Transcription activator-like effector nucleases), которые до этого момента главным образом разрабатывались в биотехнологической индустрии, в этом году были также доведены до конкретных применений. Сейчас разработан целый арсенал методов, с помощью которых у животных (у мышей и даже обезьян) уже проводится генетическая терапия болезней.
Предыстория: Методика состоит в том, что, если вы хотите заменить плохой ген на хороший, вы вводите хороший ген в виде ДНК в клетку, и в эту же клетку вводится CRISPR-система, которая производит разрезание ДНК, и короткая молекула РНК направляет этот разрезающий механизм, эти «ножницы» в нужное место в геноме. Эти «ножницы» вырезают плохой ген, и на его место встраивается хороший. Такая генная терапия, использующая метод CRISPR/Cas9, уже проводится на практически всех типах организмов, и они выздоравливают.
Перспективы: В первую очередь эти методы будут применять для лечения летальных болезней, от которых человек должен умереть очень скоро. Однако поскольку, используя эту систему, мы вмешиваемся в работу клетки, здесь всегда будут возникать побочные эффекты — клетка может превратиться в раковую.
Система CRISPR/Cas дает совершенно новый импульс в системной и синтетической биологии, в той области, где люди модифицируют геном, чтобы заставить клетку делать что-то новое, чего она до этого делать не умела.
Другое медицинское применение CRISPR — создание моделей животных, которые наделяются свойствами, похожими на свойства больных людей. Сейчас приготовление таких животных моделей с модифицированным геномом на основе методов с использованием CRISPR стало значительно проще, что имеет огромное значение для современной медицины.

Создание искусственных органов

Человеческие органы получены из стволовых клеток с применением технологий 3D-печати

Создание искусственных органов

Что произошло: В феврале 2014 года в редакцию журнала Nature поступила научная работа, в которой описывалось использование трехмерных клеточных структур, напоминающих желудок (органоид), полученных из репрограммированных плюрипотентных клеток, для изучения инфекции Helicobacter pilori, возбудителя язвы желудка.
Предыстория: В конце октября 2014 года статью смогли прочитать все желающие. Плюрипотентные стволовые клетки, которые получают методом репрограммирования из клеток взрослого организма, обладают уникальной возможностью — они служат источником для любых специализированных клеток, надо только подобрать условия. Годом ранее удалось подобрать условия и получать трехмерные структуры человеческого мозга, а в 2012 году были получены органоиды человеческой печени.
Все эти сложные структуры, состоящие из разных типов клеток, сегодня можно выращивать всего из одного типа клеток, получаемых в лаборатории, — индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Они, в свою очередь, могут быть получены персонально для каждого, то есть могут служить источником любого персонального «клеточного лекарственного средства».
Перспективы: В ближайшее время из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток смогут получать кровь, сердечную мышцу, сосуды и многие другие типы клеток. Уже сегодня органоиды, полученные в лабораториях, можно использовать для медицинских целей. Совсем недавно компания Organova (США) с помощью трехмерной печати и использования трех типов клеток в виде «чернил» напечатала свою первую печень, а в ноябре 2014 года эта компания уже выпустила «напечатанную» печень в коммерческую продажу. Такая микроскопическая напечатанная печень человека может прожить около 42 дней и может быть использована для тестирования лекарственных средств на гепатотоксичность. Сегодня мы еще не знаем, как «помещать» такие выращенные кусочки органов в организм, и, наверно, пройдет немало лет до этого момента, но уже сегодня нейрональные, печеночные, желудочные, кардиомиоцитарные и другие органоиды можно использовать для поиска новых лекарственных средств, причем даже с учетом индивидуальных особенностей того или иного организма.

Тетракварки

На Большом адронном коллайдере подтверждено существование экзотической частицы Z(4430), состоящей из четырех кварков

 Большой адронный коллайдер

Что произошло: Известные элементарные частицы из класса адронов состоят либо из кварка и антикварка, либо из трех кварков. Любая другая конфигурация называется экзотической. Вариантом экзотической конфигурации является тетракварк, то есть два кварка и два антикварка — всего четыре составляющих внутри одного адрона.
В эксперименте LHCb на Большом адронном коллайдере подтверждено с высокой значимостью существование частицы Z(4430), которая состоит из c-u-анти-c-анти-d кварков и, следовательно, является тетракварком. Состояние живет очень мало — всего 3×10–24 секунды, однако измерение зависимости амплитуды рождения от массы показало, что полноценная частица успевает образоваться.
Предыстория: Частица Z(4430) была обнаружена еще в 2007 году в эксперименте Belle на e+e–-коллайдере KEKB в Японии. Статистика в этом эксперименте была значительно меньше, чем в LHCb, и частица Z(4430) наблюдалась на пределе чувствительности. Тем не менее в эксперименте Belle удалось измерить основные характеристики частицы: ее спин и четность при пространственном отражении.
Z(4430) является первой обнаруженной частицей с экзотическим кварковым составом, но на сегодняшний день уже не единственной. В период 2008–2014 годы в эксперименте Belle было найдено еще шесть частиц с экзотической структурой, одно такое состояние было обнаружено в 2013 году в эксперименте BESIII на e+e–-коллайдере BEPCII в Китае. Надежное подтверждение Z(4430) на Большом адронном коллайдере в очередной раз демонстрирует принципиальную возможность существования экзотических частиц. При этом их поиск начался в 1974 году сразу после экспериментального обнаружения кварков и в течение почти сорока лет не был успешным.
Перспективы: Вопрос о том, как распределены четыре кварка внутри экзотических частиц, остается открытым. Перечислим несколько возможностей:
1. Два кварка образуют связанное цветное состояние — дикварк, два антикварка — антидикварк; при этом Z(4430) является связанным состоянием дикварка и антидикварка.
2. Тяжелый кварк и легкий антикварк образуют бесцветный (нейтральный по сильному заряду) мезон, вторая пара кварка и антикварка — второй мезон, при этом мезоны очень слабо связаны между собой. Такую структуру называют молекулярной.
3. Тяжелые кварк и антикварк образуют бесцветное состояние (кварконий), которое помещено в «облако» из легких кварка и антикварка. Такая структура называется адрочармонием.
Значение массы некоторых экзотических частиц находится вблизи порога рождения мезонов, что свидетельствует в пользу молекулярной структуры. Другие экзотические частицы распадаются только на одно состояние кваркония, что свидетельствует в пользу адрочармония. Однако картина еще далека от ясности, требуются дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования. Обнаружение дикварка было бы наиболее интересной возможностью, поскольку дикварк соответствует новой эффективной степени свободы в сильных взаимодействиях наряду с известными на сегодняшний день конституэнтными кварками. Отсутствие дикварков, если они не будут обнаружены, станет новой загадкой сильного взаимодействия. Отметим, что мы еще не умеем рассчитывать свойства адронов исходя из первых принципов теории сильных взаимодействий. Новые частицы с экзотической структурой позволяют проверять различные модели и развивать подходы к решению этой проблемы.

Подтверждение свойств бозона Хиггса

Бозон Хиггса — скалярный бозон с положительной четностью, что полностью подтверждает предсказание Стандартной модели

Подтверждение свойств бозона Хиггса

Что произошло: Рассмотрение всех возможных мод распада открытого в 2012 году бозона с применением улучшенных методов анализа подтвердило согласие свойств обнаруженной частицы с предсказаниями Стандартной модели относительно бозона Хиггса.
Предыстория: В 2012 году на Большом адронном коллайдере был открыт новый бозон, свойства которого измерялись и уточнялись со временем. В 2013 году БАК был остановлен для модернизации, поэтому в 2014 году новые данные не набирались, но совершенствовались методы анализа. Было подтверждено, что эта частица обладает теми же квантовыми числами, что и бозон Хиггса Стандартной модели. В частности, это скалярная частица положительной четности. Другие возможности, такие как тензорная частица положительной четности или скаляр отрицательной четности, исключены с высокой степенью достоверности.
Перспективы: Ожидается, что при запуске обновленного коллайдера в 2015 году будет поднята энергия столкновений, вновь будут набираться данные с целью дальнейшего уточнения параметров этого бозона. Имеющаяся в данный момент информация указывает, что это именно бозон Хиггса Стандартной модели, но точность измерений некоторых мод распада, например на пару фермион-антифермион, пока невелика. Относительно квантовых чисел ответ получен с очень высокой степенью точности, но отклонения некоторых констант взаимодействий или других деликатных свойств от предсказаний Стандартной модели могут указать ученым, в какой области следует искать отклонения от Стандартной модели, а следовательно, на возможные пути продвижения. Основные надежды связаны с поиском эффектов за рамками Стандартной модели.

Создание живого организма с «искусственным» генетическим кодом

Создание, внедрение и репликация в живой клетке молекулы ДНК с искусственной парой нуклеотидов

top-09

Что произошло: В 2014 году в ученые из Института Скриппса создали бактерию, ДНК которой содержит не четыре нуклеотидa, а шесть. Ромсберг и соавторы нашли пару веществ — ненатуральные аналоги нуклеотидов ДНК, которые комплементарно взаимодействуют друг с другом и могут быть введены в состав ДНК клеточными ферментами. Методами синтетической химии они создали молекулу ДНК длиной около 2500 пар нуклеотидов, в которой одна-единственная пара состояла из неестественной «буквы» в одной цепочке ДНК и комплементарной ей неестественной «буквы» в другой. Оказалось, что при определенных условиях такая молекула ДНК копировалась внутри бактерии кишечной палочки и передавалась дочерним клеткам. При этом у дочерних молекул тоже была «неправильная» пара букв в том же положении, что и у исходной молекулы ДНК. То есть информация о нестандартной паре нуклеотидов передавалась от поколения к поколению. То, что такой результат можно получить в пробирке с помощью очищенных ферментов, которые реплицируют ДНК, было известно давно. Прорывом стало то, что авторы продемонстрировали копирование молекулы ДНК, содержащей неестественную пару нуклеотидов, в живой клетке. Для этого оказалось необходимым, чтобы клетка кишечной палочки, в которую вводилась синтетическая ДНК, содержала специальный белок, обеспечивающий транспорт предшественников ненатуральных оснований из питательной среды внутрь клетки.
Предыстория: Генетическая информация «записана» в ДНК в виде линейной последовательности из четырех нуклеотидов — А (аденин), Г (гуанин), Ц (цитозин), Т (тимин). Участки ДНК длиной в 3 нуклеотида называются «кодоны» и кодируют аминокислоты, из которых состоят белки. Белки являются основными носителями биологических функций и «собираются» из 20 аминокислот, закодированных различными кодонами ДНК. Общий для всего живого генетический код определяет правила, по которым кодоны «переводятся» в определенные аминокислоты, и, следовательно, генетическая информация из последовательности триплетов ДНК переводится в последовательность аминокислот белков. Механизм перекодировки очень сложный и происходит в ходе процесса, называемого трансляцией.
Перспективы: У генетиков и биотехнологов есть большое желание увеличить информационную емкость генетического кода. Например, кодировать в ДНК и вводить в белки не натуральные, а какие-то специальные аминокислоты и таким образом получать белки с новыми свойствами. От результата работы Ромсберга и сотрудников до создания организмов с реально расширенным генетическим кодом еще далеко. Ведь для построения белков, содержащих в определенных положениях неприродные аминокислоты, мало создать молекулы ДНК с неприродными парами нуклеотидов, но нужно еще научиться перекодировать новый «язык» ДНК в белковый «язык», а это отдельная большая работа, в ходе которой нужно научить клеточный аппарат трансляции узнавать кодоны, содержащие неестественные нуклеотиды, и перекодировать их в невстречающиеся в природе аминокислоты.

Составление атласа всех связей в мозге мыши

Создание базы данных связей между различными областями мозга мыши

Составление атласа всех связей в мозге мыши

Что произошло: Весной 2014 года Алленовским институтом исследования мозга (США) был открыт доступ к базе данных (http://connectivity.brain-map.org/) связей между областями мозга мыши. Данный атлас содержит детальную информацию о связях между областями мозга, что открывает новые возможности для понимания механизмов, обеспечивающих функции мозга.
Предыстория: Нервная система является сетью клеток, передающих друг другу различные сигналы. Поэтому важнейшей задачей, которую необходимо решить для понимания работы мозга, является картирование структуры этой сети. В последние 10 лет активно ведутся исследования макроструктуры мозга различных видов животных, особенно человека, при помощи диффузионно-тензорного имиджинга (DTI). Однако данный метод имеет плохое пространственное разрешение, что не позволяет получить детальную картину связей между популяциями нейронов. В Алленовском институте применили другой метод визуализации связей, основанный на флуоресцентном мечении аксонов — отростков нейронов, при помощи которых они посылают сигналы друг другу. Это позволило получить атлас связей в мозге мыши на мезоуровне — уровне связей между небольшими популяциями клеток. Коннектом такой детализации впервые удалось получить для мозга млекопитающего, до этого был опубликован только клеточный коннектом почвенной нематоды C. elegans, содержащий всего 302 нейрона, тогда как мозг мыши состоит из 70 миллионов нервных клеток.
Перспективы: Лабораторная мышь — это основная экспериментальная модель в современных нейробиологических исследованиях, поэтому получение «чертежа» связей в ее мозге является одной из основополагающих задач как для фундаментальных, так и для прикладных исследований. Например, для понимания нейрональных механизмов, обеспечивающих адаптивное поведение животных, можно извлечь много важной информации, если наложить пространственное распределение популяционной активности нейронов в процессе поведения на структуру связей между областями мозга. Нет ни капли сомнений, что коннектом мозга мыши, размещенный в открытом доступе Алленовским институтом, станет востребованным инструментом у исследователей мозга.

Сверхмассивные черные дыры в карликовых галактиках

Исследование американских астрофизиков, проливающее свет на формирование черных дыр с массой в несколько сотен тысяч масс Солнца

Сверхмассивные черные дыры в карликовых галактиках

Что произошло: В работе американских астрофизиков был проведен поиск галактик низкой светимости с признаками активности ядра, свидетельствующей о существовании в центре этих галактик компактных темных объектов — сверхмассивных черных дыр. С этой целью использовался Слоановский цифровой обзор неба (SDSS). Признаки активности ядер определялись по отношениям интенсивностей определенных эмиссионных линий, которые характерны для активных ядер, и по наличию широких линий водорода, свидетельствующих о больших скоростях движения газа в центре галактики. Характерные массы сверхмассивных черных дыр у найденных галактик оцениваются в несколько сотен тысяч масс Солнца.
Предыстория: Считается, что массивные несветящиеся объекты с массами от сотен тысяч до нескольких миллиардов масс Солнца (сверхмассивные черные дыры) существуют практически во всех массивных галактиках, причем они возникли вскоре после формирования самих галактик. Каким образом их масса смогла быстро вырасти до наблюдаемых значений и как их активность повлияла на галактику в целом — это фундаментальные и до сих пор не решенные вопросы физики галактик. Принято считать, что сверхмассивные черные дыры рождаются только в массивных галактиках, а в маломассивных — лишь в экзотических случаях. К примеру, в ближайших к нам и хорошо изученных галактиках небольшой массы, таких как Магеллановы Облака или Туманность в Треугольнике, сверхмассивные черные дыры не обнаружены. Известно, что сверхмассивные черные дыры, по крайней мере в части массивных галактик, сформировались удивительно быстро — меньше чем за миллиард лет после начала расширения Вселенной. Предполагается, что эти объекты выросли из некоторых затравочных концентраций масс, за счет потоков падающего на них газа из ближайшего окружения. Поэтому открытие большого числа карликовых галактик со сверхмассивными черными дырами представляется важным шагом для определения условий их образования.
Перспективы: Эволюция маломассивных галактик, как правило, более простая, чем гигантских. К примеру, их формирование не требует слияния более мелких галактик, они имеют очень слабо выраженную внутреннюю сферическую звездную систему (балдж), с параметрами которой, как правило, тесно связаны массы черных дыр, обладают медленным вращением и содержат довольно большое количество межзвездного газа. Важно понять, в каких галактиках сверхмассивные черные дыры смогли сформироваться, а в каких нет. В решении этого вопроса очень важно исследовать сверхмассивные черные дыры в галактиках не только высокой, но и низкой массы, поскольку рождение черных дыр в последних представляется еще более удивительным. Признаком наличия таких черных дыр и является наблюдаемая активность ядра. За работой, о которой идет речь, уже последовали и другие работы по поиску активности ядер карликовых галактик, так что есть надежда на то, что процесс формирования сверхмассивных черных дыр станет для нас более ясным.

Наука