A csillagászok felfedezhettek egy „sötét” hőséget

Ha a nagy csillagok halála fekete lyukakat hagy maga után, amint azt a csillagászok vélik, akkor százmilliók lesznek szétszórva a Tejútrendszerben. A probléma az, hogy az elszigetelt fekete lyukak nem láthatók.

A Kaliforniai Egyetem (Berkeley) által vezetett kutatócsoport most először fedezte fel, mi lehet a szabadon lebegő fekete lyuk egy távoli csillag fényességének megfigyelésével, mivel a fényét egy objektum erős gravitációs tere torzítja – ezért – mikrogravitációnak nevezik.

A csapatot Casey Lam végzős hallgató és Jessica LowA Berkeley-i Kaliforniai Egyetem csillagászati ​​docense becslése szerint a láthatatlan kompakt objektum tömege 1,6-4,4-szerese a Nap tömegének. Mivel a csillagászok úgy vélik, hogy egy halott csillag maradványainak 2,2 naptömegnél nehezebbnek kell lenniük ahhoz, hogy fekete lyukká omoljanak, az UC Berkeley kutatói arra figyelmeztetnek, hogy az objektum inkább neutroncsillag lehet, mint fekete lyuk. A neutroncsillagok is nagyon sűrű és kompakt objektumok, de gravitációjukat a belső neutronnyomás ellensúlyozza, ami megakadályozza a további fekete lyukba való összeomlást.

Legyen szó akár fekete lyukról, akár neutroncsillagról, az objektum az első sötét csillagmaradvány – egy csillag „szellem” –, amelyet felfedeztek a galaxisban, anélkül, hogy egy másik csillaghoz kapcsolódnának.

„Ez az első lebegő fekete lyuk vagy neutroncsillag, amelyet mikrogravitációs lencsék észleltek” – mondta Lu. „A finomabb lencse segítségével megvizsgálhatjuk és lemérhetjük ezeket az elszigetelt, tömörített objektumokat. Azt hiszem, új ablakot nyitottunk ezekre a sötét tárgyakra, amelyek másképp nem láthatók.”

Ha meghatározzuk, hány ilyen kompakt objektum él a Tejútrendszerben, az segít a csillagászoknak megérteni a csillagok evolúcióját – különösen azt, hogyan halnak meg – és galaxisunk evolúcióját, esetleg felfedi, hogy a láthatatlan fekete lyukak közül bármelyik ősi fekete lyuk-e. egyes kozmológusok úgy vélik, hogy az ősrobbanás során nagy mennyiségben keletkeztek.

Lam, Lu és nemzetközi csapatuk elemzését közzétételre elfogadták Astrophysical Journal Letters. Az elemzés négy másik mikrolencsés eseményt is magában foglal, amelyeket a csapat arra a következtetésre jutott, hogy nem fekete lyuk okozta, bár kettőt valószínűleg fehér törpe vagy neutroncsillag okoz. A csapat arra a következtetésre jutott, hogy a galaxisban található fekete lyukak száma 200 millióra tehető – nagyjából arra, amire a legtöbb teoretikus számított.

Ugyanazok az adatok, más a következtetés

Nevezetesen, a baltimore-i Space Telescope Science Institute (STScI) versenyző csapata elemezte ugyanazt a mikrolencsés eseményt, és azt állította, hogy a kompakt objektum tömege közelebb van a 7,1 naptömeghez és egy vitathatatlan fekete lyukhoz. Az általa vezetett STScI csapat elemzését ismertető cikk Kailash Sahuközzétételre elfogadva Astrophysical Journal.

Mindkét csapat ugyanazokat az adatokat használta: fotometriai méréseket végeztek egy távoli csillag fényességéről, mivel a fényét az erősen összenyomott objektum torzította vagy „visszaverte”, valamint csillagászati ​​méréseket végeztek a távoli csillagok helyzetének változásáról az égbolton a gravitáció hatására. a lencse tárgy által okozott torzítás. Az optikai adatok két mikrolencsés felmérésből származnak: az Optical Gravitational Lens Experiment (OGLE), amely egy 1,3 méteres chilei teleszkópot használ, amelyet a Varsói Egyetem üzemeltet, és a Microlens megfigyelések az asztrofizikában (MOA), amely egy 1,8-as objektívre van felszerelve. méteres teleszkóp Új-Zélandon, amelyet a Varsói Egyetem és az Oszakai Egyetem üzemeltet. A csillagászati ​​adatok a NASA Hubble Űrteleszkópjából származtak. Az STScI irányítja a távcső tudományos programját és végzi tudományos műveleteit.

Mivel mindkét precíziós objektíves felderítés ugyanazt az objektumot rögzítette, ennek két neve van: MOA-2011-BLG-191 és OGLE-2011-BLG-0462 vagy röviden OB110462.

Míg a mostanihoz hasonló felmérések évente körülbelül 2000 fényes csillagot fedeznek fel mikrolencsék segítségével a Tejútrendszerben, csillagászati ​​adatok hozzáadása tette lehetővé a két csapat számára a kompakt objektum tömegének és a Földtől való távolságának meghatározását. A Kaliforniai Egyetem (Berkeley) által vezetett csapat becslései szerint 2280 és 6260 fényév (700-1920 parszek) közötti távolságra található, a Tejútrendszer közepe felé és a galaxis központi szupermasszív feketét körülvevő nagy dudor közelében. lyuk.

Az STScI-halmaz a becslések szerint körülbelül 5153 fényévre (1580 parszek) van.

Tűt keresek a szénakazalban

Lou és Lam először 2020-ban érdeklődött a test iránt, miután az STScI csapata arra a következtetésre jutott, hogy Öt mikrolencsés esemény A Hubble által megfigyelteket – amelyek mindegyike több mint 100 napig tart, és ezért fekete lyukak is lehetnek – valószínűleg egyáltalán nem kompakt tárgyak okozzák.

Lu, aki 2008 óta kutat szabadon mozgó fekete lyukak után, úgy gondolta, hogy az adatok segítségével jobban meg tudja becsülni a galaxisban előforduló mennyiségüket, amelyet durván 10 millió és 1 milliárd közé becsültek. Eddig csak kettős csillagrendszerek részeként találtak csillagméretű fekete lyukakat. A fekete lyukakat kettős alakban látják vagy röntgensugarakban, amelyek akkor keletkeznek, amikor egy csillag anyaga a fekete lyukba esik, vagy a modern gravitációs hullámdetektorok segítségével, amelyek érzékenyek két vagy több fekete lyuk egyesülésére. De ezek az események ritkák.

„Casey és én figyeltük az adatokat, és nagyon érdeklődtünk. Azt mondtuk: „Hűha, nincsenek fekete lyukak” – mondta Lu. Ez elképesztő, „bár ott kellett volna lennie”. „És így elkezdtük nézni az adatokat. Ha valóban nem lennének fekete lyukak az adatokban, akkor ez nem felelne meg a modellünknek, amely szerint hány fekete lyuknak kell lennie a Tejútrendszerben. Valaminek meg kellett változnia az adatok megértésében. fekete lyukak – akár a számuk, akár a sebességük, akár a tömegük.”

Amikor Lahm elemezte az ötperces objektívesemények fotometriai és asztrometriai adatait, meglepődtem, hogy az egyik, az OB110462, a kompakt test jellemzőivel rendelkezik: a lencsetest sötétnek tűnt, tehát nem csillag; a csillagfény hosszú ideig, csaknem 300 napig tartott; A háttérsztár pozíciójának eltorzulása is hosszú távú volt.

Lamm szerint az objektív esemény hossza volt a fő tipp. 2020-ban kimutatta, hogy a fekete lyuk mikrolencsék keresésének legjobb módja a nagyon hosszú események keresése. Az észlelhető perclencse-eseményeknek csak 1%-a valószínű fekete lyukakból, így az összes eseményt végignézni olyan lenne, mintha tűt keresnénk a szénakazalban. Lamm szerint azonban a 120 napnál tovább tartó mikrolencsés események körülbelül 40%-a valószínűleg fekete lyuk.

„Az, hogy mennyi ideig tart a fényes esemény, arra utal, hogy az előtér lencse milyen masszívan hajlítja meg a háttércsillag fényét” – mondta Lamm. „A hosszabb események nagy valószínűséggel a fekete lyukak miatt következnek be. Ez nem garancia, mert a fényes gyűrű időtartama nem csak attól függ, hogy mekkora az előtér lencse tömege, hanem attól is, hogy az előtérben lévő lencse és a háttércsillag milyen gyorsan mozog A háttércsillag látszólagos helyzetére vonatkozó mérések segítségével azonban megerősíthetjük, hogy az előtérben lévő lencse valóban fekete lyuk-e.

Lu szerint az OB110462 gravitációs hatása a háttércsillag fényére meglepően hosszú volt. Körülbelül egy évbe telt, amíg a csillag 2011-ben elérte a csúcspontját, majd körülbelül egy évbe telt, hogy visszatérjen a normális kerékvágásba.

Több adat meg fogja különböztetni a fekete lyukat a neutroncsillagtól

Annak megerősítésére, hogy az OB110462 egy rendkívül kompakt objektum eredménye, Low és Lam további csillagászati ​​adatokat kért a Hubble-tól, amelyek egy része tavaly októberben érkezett meg. Ezek az új adatok azt mutatták, hogy a lencse gravitációs mezeje miatti változás a csillag helyzetében még 10 évvel az esemény után is megfigyelhető volt. További Hubble-megfigyeléseket a mikrolencsés vizsgálatról előzetesen 2022 őszére terveznek.

Az új adatok elemzése megerősítette, hogy az OB110462 valószínűleg egy fekete lyuk vagy neutroncsillag.

Low és Lam azt gyanítja, hogy a két csapat eltérő következtetései abból fakadnak, hogy a csillagászati ​​és fotometriai adatok eltérő méréseket adnak az elülső és hátsó objektumok egymáshoz viszonyított mozgásairól. Az asztrológiai elemzés is különbözik a két csapat között. Az UC Berkeley csapata azzal érvel, hogy még nem lehet megkülönböztetni, hogy az objektum fekete lyuk vagy neutroncsillag-e, de remélik, hogy a jövőben több Hubble-adattal és jobb elemzéssel megoldják az eltérést.

„Bármennyire is határozottan azt mondanánk, hogy fekete lyuk, minden megengedett megoldást jelentenünk kell” – mondta Lu. „Ebbe beletartoznak a kisebb tömegű fekete lyukak és talán még egy neutroncsillag is.”

„Ha nem hiszi el a fény görbületét, a fényerőt, az valami fontosat jelent. Ha nem hiszi el a helyzetet az idővel szemben, az valami fontosat árul el” – mondta Lamm. „Tehát, ha az egyik hibás, meg kell értenünk, miért. Vagy egy másik lehetőség, hogy amit a két adathalmazban mérünk, az helyes, de a modellünk hibás. A fotometriai és asztrometriai adatok ugyanabból a fizikai folyamatból származnak, ami azt jelenti, hogy a fényerőnek és a pozíciónak összhangban kell lennie. Egymással. Tehát valami hiányzik.”

Mindkét csoport megbecsülte az ultrafinom lencsetest sebességét is. A Lu/Lam csapat viszonylag mérsékelt sebességet talált, kevesebb, mint 30 kilométer/másodperc. Az STScI csapata szokatlanul nagy, 45 km/s sebességet talált, amit egy extra rúgás eredményeként értelmeztek, amit az úgynevezett fekete lyuk az általa generált szupernóvából kapott.

Low úgy értelmezi csapata alacsony sebességre vonatkozó becslését, mint egy lehetséges alátámasztást annak az új elméletnek, amely szerint a fekete lyukak nem szupernóvák következményei – ez a manapság uralkodó feltételezés –, hanem olyan meghibásodott szupernóvákból származnak, amelyek nem keltenek fényes csobbanást az univerzumban, és nem adják az eredményt. fekete lyuk egy rúgás.

Lu és Lam munkáját a National Science Foundation (1909641) és a National Aeronautics and Space Administration (NNG16PJ26C, NASA FINNESS 80NSSC21K2043) támogatja.