Jei didelių žvaigždžių mirtis paliks juodąsias skyles, kaip mano astronomai, jų turėtų būti šimtai milijonų, išsibarsčiusių visame Paukščių Take. Problema ta, kad izoliuotos juodosios skylės nėra matomos.

Dabar Kalifornijos universiteto Berklyje vadovaujama komanda astronomai pirmą kartą atrado, kas galėtų būti laisvai plaukiojanti juodoji skylė, stebėdami tolimosios žvaigždės ryškumą, nes jos šviesą iškraipo stiprus objekto gravitacinis laukas. – vadinama mikrogravitacija.

Komandai vadovauja magistrantė Casey Lam ir Jessica LowKalifornijos universiteto Berklyje astronomijos docentas apskaičiavo, kad nematomo kompaktiško objekto masė yra nuo 1,6 iki 4,4 karto didesnė už Saulės masę. Kadangi astronomai mano, kad mirusios žvaigždės liekanos turi būti sunkesnės nei 2,2 Saulės masės, kad subyrėtų į juodąją skylę, UC Berkeley mokslininkai perspėja, kad objektas gali būti neutroninė žvaigždė, o ne juodoji skylė. Neutroninės žvaigždės taip pat yra labai tankūs ir kompaktiški objektai, tačiau jų gravitaciją subalansuoja vidinis neutronų slėgis, kuris neleidžia toliau subyrėti į juodąją skylę.

Nesvarbu, ar tai juodoji skylė, ar neutroninė žvaigždė, objektas yra pirmoji tamsios žvaigždės liekana – žvaigždžių „vaiduoklis“, – aptikta klaidžiojanti po galaktiką, nesusijusią su kita žvaigžde.

„Tai pirmoji plūduriuojanti juodoji skylė arba neutroninė žvaigždė, aptikta mikrogravitaciniais lęšiais“, – sakė Lu. „Naudodami smulkesnį objektyvą galime ištirti ir pasverti šiuos izoliuotus, suspaustus objektus. Manau, kad atidarėme naują langą apie šiuos tamsius objektus, kurių negalima pamatyti kitaip.”

Nustačius, kiek šių kompaktiškų objektų gyvena Paukščių Take, astronomai galės suprasti žvaigždžių evoliuciją, ypač kaip jos miršta, ir mūsų galaktikos evoliuciją, galbūt atskleis, ar kuri nors iš nematomų juodųjų skylių yra pirmapradės juodosios skylės. mano Kai kurie kosmologai mano, kad Didžiojo sprogimo metu buvo pagaminti dideli kiekiai.

Lamo, Lu ir jų tarptautinės komandos analizė buvo priimta publikuoti Astrofizikos žurnalo laiškai. Analizė apima dar keturis mikro lęšių atsiradimo įvykius, kurių, kaip padarė išvadą, mokslininkai padarė išvadą, kad juos sukėlė ne juodoji skylė, nors du greičiausiai sukėlė baltoji nykštukė arba neutroninė žvaigždė. Komanda taip pat padarė išvadą, kad tikėtinas juodųjų skylių skaičius galaktikoje yra 200 milijonų – maždaug tai, ko tikėjosi dauguma teoretikų.

Tie patys duomenys, skirtingos išvados

Pažymėtina, kad konkuruojanti komanda iš Space Telescope Science Institute (STScI) Baltimorėje išanalizavo tą patį mikrolęšių įvykį ir teigė, kad kompaktiško objekto masė yra artimesnė 7,1 saulės masės ir neginčijamai juodajai skylei. Straipsnyje aprašoma STScI komandos, kuriai vadovaujama, analizė Kailashas Sahubuvo priimtas skelbti Astrofizikos žurnalas.

Abi komandos naudojo tuos pačius duomenis: fotometrinius tolimos žvaigždės ryškumo matavimus, kai jos šviesą iškraipė arba „atspindėjo“ labai suspaustas objektas, ir astronominius matavimus, kaip tolimosios žvaigždės padėtis danguje kinta dėl gravitacijos. objektyvo objekto iškraipymas. Optiniai duomenys buvo gauti iš dviejų mikrolęšių tyrimų: Optinio gravitacinio lęšio eksperimento (OGLE), kuriame naudojamas 1,3 metro teleskopas Čilėje, kurį valdo Varšuvos universitetas, ir mikrolęšių stebėjimų astrofizikoje (MOA), kuris sumontuotas ant 1,8 metrų teleskopas Naujojoje Zelandijoje, valdomas Varšuvos universiteto Osakos universiteto. Astronominiai duomenys gauti iš NASA Hablo kosminio teleskopo. STScI valdo teleskopo mokslo programą ir vykdo mokslines operacijas.

Kadangi abu tikslūs objektyvai užfiksavo tą patį objektą, jis turi du pavadinimus: MOA-2011-BLG-191 ir OGLE-2011-BLG-0462 arba sutrumpintai OB110462.

Nors atliekant tokius tyrimus kaip šis, kiekvienais metais Paukščių Tako mikrolęšiais atrandama apie 2000 ryškių žvaigždžių, astronominių duomenų pridėjimas leido dviem komandoms nustatyti kompaktiško objekto masę ir atstumą nuo Žemės. Kalifornijos universiteto Berklyje vadovaujama komanda apskaičiavo, kad ji yra nutolusi nuo 2280 iki 6260 šviesmečių (700-1920 parsekų), link Paukščių Tako centro ir netoli didelio išsipūtimo, kuris supa galaktikos centrinę supermasyvią juodąją sluoksnį. skylė.

Apskaičiuota, kad STScI klasteris yra maždaug 5 153 šviesmečių (1 580 parsekų) atstumu.

Ieškau adatos šieno kupetoje

Lou ir Lam pirmą kartą susidomėjo kūnu 2020 m., kai STScI komanda iš pradžių padarė išvadą, kad Penki mikrolęšiavimo renginiai Hablo pastebėtus objektus, kurie visi tęsėsi daugiau nei 100 dienų ir todėl gali būti juodosios skylės, tikriausiai sukelia ne kompaktiški objektai.

Lu, kuri nuo 2008 m. ieškojo laisvai plūduriuojančių juodųjų skylių, manė, kad šie duomenys padės jai geriau įvertinti jų gausą galaktikoje, kuri, apytiksliai, buvo nuo 10 iki 1 mlrd. Iki šiol žvaigždžių dydžio juodosios skylės buvo rastos tik kaip dvinarių žvaigždžių sistemų dalis. Juodosios skylės dvejetuose matomos arba rentgeno spinduliuose, kurie susidaro, kai medžiaga iš žvaigždės patenka į juodąją skylę, arba šiuolaikiniuose gravitacinių bangų detektoriuose, kurie yra jautrūs dviejų ar daugiau juodųjų skylių susiliejimui. Tačiau šie įvykiai yra reti.

„Mes su Casey stebėjome duomenis ir labai susidomėjome. Mes pasakėme: „Oho, juodųjų skylių nėra”, – sakė Lu. Tai nuostabu, „nors ten turėjo būti“. „Taigi, pradėjome žiūrėti duomenis. Jei duomenyse tikrai nebūtų juodųjų skylių, tai neatitiktų mūsų modelio, kiek juodųjų skylių turėtų būti Paukščių Take. Kažkas turėjo pasikeisti suprantant juodosios skylės – jų skaičius, greitis arba masė.

Kai Lahmas išanalizavo penkių minučių objektyvo įvykių fotometriją ir astrometriją, nustebau, kad vienas, OB110462, turėjo kompaktiško korpuso savybes: objektyvo korpusas atrodė tamsus, taigi ne žvaigždė; žvaigždžių ryškumas išsilaikė ilgai, beveik 300 dienų; Fono žvaigždės pozicijos iškraipymas taip pat buvo ilgalaikis.

Lammas sakė, kad objektyvo įvykio trukmė buvo pagrindinis patarimas. 2020 metais jis parodė, kad geriausias būdas ieškoti juodųjų skylių mikrolęšių yra ieškoti labai ilgų įvykių. Ji sakė, kad tik 1 % trumpalaikių objektyvo įvykių, kuriuos galima aptikti, yra tikėtini iš juodųjų skylių, todėl žiūrėti į visus įvykius prilygtų adatos paieškai šieno kupetoje. Tačiau, pasak Lammo, apie 40 % mikrolęšių, trunkančių ilgiau nei 120 dienų, greičiausiai yra juodosios skylės.

„Kiek ilgai trunka ryškus įvykis, yra užuomina į tai, kaip masyvus priekinio plano objektyvas sulenkia foninės žvaigždės šviesą“, – sakė Lammas. „Tikėtina, kad ilgesni įvykiai vyksta dėl juodųjų skylių. Tai nėra garantija, nes ryškaus žiedo trukmė priklauso ne tik nuo to, koks masyvus yra priekinio plano objektyvas, bet ir nuo to, kaip greitai priekinio plano objektyvas ir fono žvaigždė juda, palyginti su Tačiau taip pat gavę matomą foninės žvaigždės vietą galime patvirtinti, ar priekinio plano objektyvas tikrai yra juodoji skylė.

Anot Lu, OB110462 gravitacinis poveikis fono žvaigždės šviesai buvo stebėtinai ilgas. Prireikė maždaug metų, kol žvaigždė 2011 m. įsižiebė iki savo viršūnės, o tada maždaug metų, kad sugrįžtų į normalią būseną.

Daugiau duomenų skirs juodąją skylę nuo neutroninės žvaigždės

Siekdami patvirtinti, kad OB110462 atsirado dėl itin kompaktiško objekto, Lowas ir Lamas paprašė Hablo daugiau astronominių duomenų, kai kurie iš jų buvo gauti praėjusį spalį. Šie nauji duomenys parodė, kad žvaigždės padėties pasikeitimą dėl objektyvo gravitacinio lauko dar galima stebėti praėjus 10 metų po įvykio. Daugiau Hablo stebėjimų apie mikrolęšiavimą preliminariai planuojama 2022 m. rudenį.

Naujų duomenų analizė patvirtino, kad OB110462 greičiausiai buvo juodoji skylė arba neutroninė žvaigždė.

Lowas ir Lamas įtaria, kad abiejų komandų skirtingos išvados atsirado dėl to, kad astronominiai ir fotometriniai duomenys pateikia skirtingus priekyje ir užpakalyje esančių objektų santykinius judesius. Astrologinė analizė taip pat skiriasi tarp dviejų komandų. UC Berkeley komanda teigia, kad dar neįmanoma atskirti, ar objektas yra juodoji skylė, ar neutroninė žvaigždė, tačiau jie tikisi išspręsti neatitikimą pasitelkę daugiau Hablo duomenų ir patobulinę analizę ateityje.

„Kad ir kaip mes neabejotinai sakytume, kad tai juodoji skylė, turėtume pranešti apie visus leistinus sprendimus, – sakė Lu. – Tai apima ir mažesnės masės juodąsias skyles, ir galbūt net neutroninę žvaigždę.”

„Jei negalite patikėti šviesos kreive, ryškumu, tai reiškia kažką svarbaus. Jei negalite patikėti situacija ir laiku, tai pasako kažką svarbaus”, – sakė Lammas. „Taigi, jei vienas iš jų yra neteisingas, turime suprasti, kodėl. Arba kita galimybė yra ta, kad tai, ką išmatuojame dviejuose duomenų rinkiniuose, yra teisinga, bet mūsų modelis yra neteisingas. Fotometriniai ir astrometriniai duomenys yra kilę iš to paties fizinio proceso, o tai reiškia, kad ryškumas ir padėtis turi būti nuoseklūs. Vienas su kitu. Taigi ten kažko trūksta.

Abi grupės taip pat įvertino itin smulkaus objektyvo korpuso greitį. „Lu/Lam“ komanda nustatė palyginti vidutinį greitį, mažiau nei 30 kilometrų per sekundę. STScI komanda nustatė neįprastai didelį 45 km/s greitį, kurį jie interpretavo kaip papildomo smūgio, kurį vadinamoji juodoji skylė gavo iš jos sukurtos supernovos, rezultatą.

Low interpretuoja savo komandos mažo greičio įvertinimą kaip galimą naujos teorijos, kad juodosios skylės nėra supernovų pasekmė (šiandien vyraujanti prielaida), o atsiranda dėl nepavykusių supernovų, kurios visatoje nesukelia ryškių purslų ir neduoda rezultatų. juodoji skylė smūgis.

Lu ir Lamo darbus remia Nacionalinis mokslo fondas (1909641) ir Nacionalinė aeronautikos ir kosmoso administracija (NNG16PJ26C, NASA FINNESS 80NSSC21K2043).