Astronomové možná objevili „temné“ teplo

Pokud po smrti velkých hvězd zůstanou černé díry, jak se astronomové domnívají, měly by jich být po celé Mléčné dráze rozptýleny stovky milionů. Problém je v tom, že izolované černé díry nejsou vidět.

Nyní tým vedený Kalifornskou univerzitou v Berkeley astronomové poprvé objevili, co by mohla být volně plovoucí černá díra, pozorováním jasu vzdálené hvězdy, protože její světlo je deformováno silným gravitačním polem objektu – proto – tzv. mikrogravitace.

Tým vede postgraduální student Casey Lam and Jessica LowDocent astronomie na Kalifornské univerzitě v Berkeley odhaduje, že hmotnost neviditelného kompaktního objektu je mezi 1,6 a 4,4 násobkem hmotnosti Slunce. Protože astronomové věří, že zbytky mrtvé hvězdy musí být těžší než 2,2 hmotnosti Slunce, aby se zhroutily do černé díry, výzkumníci z UC Berkeley varují, že objekt by mohl být spíše neutronová hvězda než černá díra. Neutronové hvězdy jsou také velmi husté a kompaktní objekty, ale jejich gravitace je vyvážena vnitřním tlakem neutronů, který brání dalšímu kolapsu do černé díry.

Ať už se jedná o černou díru nebo neutronovou hvězdu, objekt je prvním temným pozůstatkem hvězdy – hvězdným „duchem“ – objeveným při putování galaxií bez spojení s jinou hvězdou.

„Toto je první plovoucí černá díra nebo neutronová hvězda, kterou zachytily mikrogravitační čočky,“ řekl Lu. „Pomocí jemnější čočky můžeme zkoumat a vážit tyto izolované, stlačené předměty. Myslím, že jsme otevřeli nové okno o těchto tmavých předmětech, které nelze vidět jiným způsobem.“

Určení, kolik z těchto kompaktních objektů obývá Mléčnou dráhu, pomůže astronomům porozumět vývoji hvězd – zejména tomu, jak umírají – a vývoji naší galaxie, možná odhalí, zda některá z neviditelných černých děr jsou prvotními černými dírami. uvažuje Někteří kosmologové se domnívají, že během velkého třesku byla vyrobena velká množství.

Analýza Lam, Lu a jejich mezinárodního týmu byla přijata k publikaci v Astrophysical Journal Letters. Analýza zahrnuje čtyři další mikročočky, o kterých tým dospěl k závěru, že nebyly způsobeny černou dírou, ačkoli dvě jsou pravděpodobně způsobeny bílým trpaslíkem nebo neutronovou hvězdou. Tým také dospěl k závěru, že pravděpodobný počet černých děr v galaxii je 200 milionů – tedy to, co většina teoretiků očekávala.

Stejná data, různé závěry

Je pozoruhodné, že konkurenční tým z Space Telescope Science Institute (STScI) v Baltimoru analyzoval stejnou mikročočkovou událost a tvrdil, že hmotnost kompaktního objektu je blíže k 7,1 hmotnosti Slunce a nesporné černé díře. Příspěvek popisující analýzu týmu STScI pod vedením Kailash Sahubyl přijat k publikaci v Astrophysical Journal.

Oba týmy použily stejná data: fotometrická měření jasnosti vzdálené hvězdy, když bylo její světlo zkresleno nebo „odraženo“ vysoce stlačeným objektem, a astronomická měření změny polohy vzdálené hvězdy na obloze v důsledku gravitace. zkreslení objektem čočky. Optická data pocházejí ze dvou průzkumů mikročoček: Experiment Optical Gravitational Lens Experiment (OGLE), který používá 1,3metrový dalekohled v Chile provozovaný Varšavskou univerzitou, a pozorování mikročoček v astrofyzice (MOA), který je namontován na 1,8 -metrový dalekohled na Novém Zélandu provozovaný Varšavskou univerzitou, Ósackou univerzitou. Astronomická data pocházela z Hubbleova vesmírného teleskopu NASA. STScI řídí vědecký program dalekohledu a provádí jeho vědecké operace.

Vzhledem k tomu, že oba precizní objektivové průzkumy zachytily stejný objekt, má dva názvy: MOA-2011-BLG-191 a OGLE-2011-BLG-0462 nebo zkráceně OB110462.

Zatímco průzkumy, jako je tento, objeví každý rok v Mléčné dráze asi 2 000 jasných hvězd mikročočkami, bylo to přidání astronomických dat, které umožnilo oběma týmům určit hmotnost kompaktního objektu a vzdálenost od Země. Tým vedený Kalifornskou univerzitou v Berkeley odhadl, že se nachází ve vzdálenosti 2280 až 6260 světelných let (700–1920 parseků), směrem ke středu Mléčné dráhy a poblíž velké vybouleniny, která obklopuje centrální supermasivní černou galaxie. otvor.

Odhaduje se, že shluk STScI je vzdálený asi 5 153 světelných let (1 580 parseků).

Hledám jehlu v kupce sena

Lou a Lam se poprvé začali zajímat o tělo v roce 2020 poté, co tým STScI původně dospěl k závěru Pět mikročoček Ty, které pozoroval Hubble – všechny trvaly déle než 100 dní, a mohly by tedy být černými dírami – pravděpodobně vůbec nejsou způsobeny kompaktními objekty.

Lu, která od roku 2008 hledala volně plovoucí černé díry, si myslela, že jí tato data pomohou lépe odhadnout jejich početnost v galaxii, která se zhruba odhaduje na 10 milionů až 1 miliardu. Doposud byly černé díry o velikosti hvězd nalezeny pouze jako součást binárních hvězdných systémů. Černé díry jsou vidět v dvojhvězdách buď v rentgenovém záření, které vzniká, když materiál z hvězdy dopadá na černou díru, nebo pomocí moderních detektorů gravitačních vln, které jsou citlivé na sloučení dvou nebo více černých děr. Ale tyto události jsou vzácné.

„Casey a já jsme sledovali data a opravdu nás to zajímalo. Řekli jsme si: ‚Wow, nejsou tam žádné černé díry‘,“ řekl Lu. To je úžasné, „i když to tam mělo být“. „A tak jsme začali zkoumat data. Pokud by v datech skutečně nebyly černé díry, neodpovídalo by to našemu modelu počtu černých děr v Mléčné dráze. Něco se muselo změnit v chápání černé díry – buď jejich počet, rychlost nebo hmotnost.

Když Lahm analyzoval fotometrickou a astrometrii pětiminutových událostí čočky, překvapilo mě, že jedna, OB110462, měla vlastnosti kompaktního těla: tělo čočky vypadalo tmavé, a proto nešlo o hvězdu; hvězdný jas trval dlouho, téměř 300 dní; Zkreslení pozice hvězdy na pozadí bylo také dlouhodobé.

Lamm řekl, že délka objektivu byla hlavním tipem. V roce 2020 se ukázalo, že nejlepší způsob, jak hledat mikročočky černé díry, je hledat velmi dlouhé události. Pouze 1 % minutových událostí čočky, které lze detekovat, pochází pravděpodobně z černých děr, řekla, takže dívat se na všechny události by bylo jako hledat jehlu v kupce sena. Ale podle Lamma asi 40 % mikročočkových událostí trvajících déle než 120 dní budou pravděpodobně černé díry.

„Jak dlouho jasná událost trvá, je náznak toho, jak masivní čočka v popředí ohýbá světlo hvězdy v pozadí,“ řekl Lamm. „Delší události jsou s největší pravděpodobností způsobeny černými dírami. To není záruka, protože trvání jasného prstence nezávisí pouze na tom, jak masivní je čočka v popředí, ale také na tom, jak rychle se čočka v popředí a hvězda v pozadí pohybují vzhledem k Avšak také získáním měření Pro zdánlivé umístění hvězdy v pozadí můžeme potvrdit, zda je čočka v popředí skutečně černá díra.“

Podle Lu byl gravitační účinek OB110462 na světlo hvězdy v pozadí překvapivě dlouhý. Trvalo asi rok, než se hvězda rozsvítila na svůj vrchol v roce 2011, a pak asi rok, než se vrátila do normálu.

Více údajů odliší černou díru od neutronové hvězdy

Aby se potvrdilo, že OB110462 je výsledkem extrémně kompaktního objektu, požádali Low a Lam od HST další astronomická data, z nichž některá dorazila loni v říjnu. Tato nová data ukázala, že změnu polohy hvězdy v důsledku gravitačního pole čočky bylo možné pozorovat ještě 10 let po události. Další pozorování mikročoček pomocí HST jsou předběžně naplánována na podzim roku 2022.

Analýza nových dat potvrdila, že OB110462 byla s největší pravděpodobností černá díra nebo neutronová hvězda.

Low a Lam mají podezření, že rozdílné závěry obou týmů jsou způsobeny skutečností, že astronomická a fotometrická data poskytují různé míry relativních pohybů předních a zadních objektů. Astrologická analýza se také mezi těmito dvěma týmy liší. Tým UC Berkeley tvrdí, že zatím není možné rozlišit, zda je objekt černou dírou nebo neutronovou hvězdou, ale doufají, že tento rozpor vyřeší více daty z Hubblea a lepší analýzou v budoucnu.

„Jakkoli bychom definitivně řekli, že je to černá díra, měli bychom hlásit všechna přípustná řešení,“ řekl Lu. „To zahrnuje jak černé díry nižší hmotnosti, tak možná i neutronovou hvězdu.“

„Pokud nemůžete uvěřit křivce světla, jasu, znamená to něco důležitého. Pokud nemůžete uvěřit situaci versus čas, říká vám to něco důležitého,“ řekl Lamm. „Takže, pokud je jeden z nich nesprávný, musíme pochopit proč. Nebo další možností je, že to, co naměříme v těchto dvou souborech dat, je správné, ale náš model je nesprávný. Fotometrická a astrometrická data pocházejí ze stejného fyzického procesu.“ což znamená, že jas a poloha musí být konzistentní. Jedna s druhou. Takže tam něco chybí.“

Obě skupiny také odhadly rychlost ultrajemného těla objektivu. Tým Lu/Lam zjistil relativně mírnou rychlost, méně než 30 kilometrů za sekundu. Tým STScI zjistil neobvykle vysokou rychlost, 45 km/s, kterou interpretoval jako výsledek extra kopu, který takzvaná černá díra dostala od supernovy, kterou vytvořila.

Low interpretuje odhad nízké rychlosti svého týmu jako možnou podporu pro novou teorii, že černé díry nejsou výsledkem supernov – dnešní převládající předpoklad – ale místo toho pocházejí z neúspěšných supernov, které ve vesmíru nezpůsobí jasný šplouch ani nedávají výsledný efekt. černá díra kop.

Práce Lu a Lama je podporována National Science Foundation (1909641) a National Aeronautics and Space Administration (NNG16PJ26C, NASA FINNESS 80NSSC21K2043).