Можливо, астрономи виявили «темне» тепло

Якщо смерть великих зірок залишить після себе чорні діри, як вважають астрономи, їх мають бути сотні мільйонів, розкиданих по Чумацького Шляху. Проблема в тому, що ізольовані чорні діри не видно.

Тепер, команда під керівництвом Каліфорнійського університету в Берклі, астрономи вперше виявили, що може бути вільно плаваючою чорною дірою, спостерігаючи за яскравістю далекої зірки, коли її світло спотворюється сильним гравітаційним полем об’єкта. – називається мікрогравітацією.

Команду очолює аспірант Кейсі Лем і Джессіка ЛоуДоцент астрономії Каліфорнійського університету в Берклі підрахував, що маса невидимого компактного об’єкта в 1,6-4,4 рази перевищує масу Сонця. Оскільки астрономи вважають, що залишки мертвої зірки повинні бути важчими за 2,2 маси Сонця, щоб впасти в чорну діру, дослідники з Каліфорнійського університету в Берклі попереджають, що об’єктом може бути нейтронна зірка, а не чорна діра. Нейтронні зірки також дуже щільні та компактні об’єкти, але їхня гравітація врівноважується внутрішнім нейтронним тиском, що запобігає подальшому колапсу в чорну діру.

Чи то чорна діра, чи то нейтронна зірка, об’єкт є першим темним зоряним залишком – зоряним «привидом», – знайденим, що блукає галактикою, не пов’язаним з іншою зіркою.

“Це перша плаваюча чорна діра або нейтронна зірка, яку виявили мікрогравітаційні лінзи”, – сказав Лу. «Використовуючи більш тонку лінзу, ми можемо досліджувати та зважувати ці ізольовані стислі об’єкти. Я думаю, що ми відкрили нове вікно для цих темних об’єктів, які неможливо побачити іншим способом».

Визначення кількості цих компактних об’єктів населяє Чумацький Шлях допоможе астрономам зрозуміти еволюцію зірок — зокрема, як вони вмирають — і еволюцію нашої галактики, можливо, виявить, чи є будь-які з невидимих ​​чорних дір первинними чорними дірами, які він вважає Деякі космологи вважають, що великі кількості були вироблені під час Великого Вибуху.

Аналіз Лама, Лу та їхньої міжнародної команди прийнято для публікації в Листи астрофізичного журналу. Аналіз включає чотири інші події мікролінзування, які, як прийшли до висновку, були викликані не чорною дірою, хоча два, ймовірно, викликані білим карликом або нейтронною зіркою. Команда також прийшла до висновку, що ймовірна кількість чорних дір у галактиці становить 200 мільйонів – приблизно те, чого очікувала більшість теоретиків.

Ті самі дані, різні висновки

Примітно, що конкуруюча команда з Наукового інституту космічного телескопа (STScI) у Балтіморі проаналізувала ту саму подію мікролінзування і стверджувала, що маса компактного об’єкта ближча до 7,1 сонячної маси та безперечної чорної діри. Стаття з описом аналізу, проведеного командою ДНТІ під керівництвом Кайлаш Сахуприйнято до друку в Астрофізичний журнал.

Обидві команди використовували одні й ті ж дані: фотометричні вимірювання яскравості далекої зірки, коли її світло було спотворено або «відбито» сильно стиснутим об’єктом, і астрономічні вимірювання положення далекої зірки, що змінюється на небі в результаті гравітації. спотворення предметом лінзи. Оптичні дані отримані з двох досліджень мікролінз: експерименту з оптичною гравітаційною лінзою (OGLE), який використовує 1,3-метровий телескоп у Чилі, яким керує Варшавський університет, і спостереження Microlens в астрофізиці (MOA), який встановлений на 1.8. -метровий телескоп у Новій Зеландії, який керується Варшавським університетом Університетом Осаки. Астрономічні дані отримані з космічного телескопа НАСА Хаббл. STScI керує науковою програмою телескопа та проводить його наукові операції.

Оскільки обидва точні об’єктивні розвідники захопили один і той же об’єкт, він має дві назви: MOA-2011-BLG-191 і OGLE-2011-BLG-0462, або скорочено OB110462.

У той час як дослідження, подібні до цього, щороку виявляють близько 2000 яскравих зірок шляхом мікролінзування Чумацького Шляху, саме додавання астрономічних даних дозволило двом командам визначити масу компактного об’єкта та відстань від Землі. Команда під керівництвом Каліфорнійського університету в Берклі підрахувала, що вона розташована на відстані від 2280 до 6260 світлових років (700-1920 парсек), у напрямку до центру Чумацького Шляху і поблизу великого опуклості, що оточує центральну надмасивну чорну частину галактики. отвір.

За оцінками, скупчення STScI знаходиться на відстані приблизно 5153 світлових років (1580 парсек).

Шукаю голку в копиці сіна

Лу і Лем вперше зацікавилися тілом у 2020 році після того, як команда STScI спочатку прийшла до висновку, що П’ять заходів мікролінзування Ті, які спостерігав Хаббл – усі вони тривали понад 100 днів і, отже, могли бути чорними дірами – ймовірно, взагалі не викликані компактними об’єктами.

Лу, яка шукала вільно плаваючі чорні діри з 2008 року, вважала, що ці дані допоможуть їй краще оцінити їх кількість у галактиці, яка, за приблизними оцінками, становить від 10 мільйонів до 1 мільярда. Поки що чорні діри розміром із зірки були знайдені лише як частина подвійних зоряних систем. Чорні діри можна побачити в подвійних системах або в рентгенівських променях, які утворюються, коли матеріал із зірки падає на чорну діру, або за допомогою сучасних детекторів гравітаційних хвиль, які чутливі до злиття двох або більше чорних дір. Але ці події рідкісні.

“Ми з Кейсі переглянули дані і дуже зацікавилися. Ми сказали: “Вау, чорних дір немає”, – сказав Лу. Це дивовижно, «хоча це мало бути». “І тому ми почали переглядати дані. Якби в даних дійсно не було чорних дір, це не відповідало б нашій моделі того, скільки чорних дір має бути в Чумацького Шляху. Щось повинно було змінитися в розумінні чорні діри — чи то їх кількість, чи швидкість, чи маса».

Коли Лам проаналізував фотометричну та астрометрію п’ятихвилинних подій з лінзою, я був здивований, що одна, OB110462, мала характеристики компактного тіла: тіло лінзи здавалося темним, а отже, не зіркою; зоряний блиск тривав довго, майже 300 днів; Спотворення положення фонової зірки також було довгостроковим.

Ламм сказав, що головною підказкою була тривалість події об’єктива. У 2020 році він показав, що найкращий спосіб шукати мікролінзи чорних дір – це шукати дуже тривалі події. За її словами, лише 1% хвилинних подій об’єктива, які можна виявити, пов’язані з чорними дірами, тому дивитися на всі події було б як шукати голку в копиці сіна. Але, за словами Ламма, близько 40% подій мікролінзування тривалістю понад 120 днів, ймовірно, будуть чорними дірами.

«Як довго триває яскрава подія, це натяк на те, наскільки масивна лінза переднього плану вигинає світло фонової зірки», — сказав Ламм. “Довші події, швидше за все, пов’язані з чорними дірами. Це не є гарантією, тому що тривалість яскравого кільця залежить не тільки від того, наскільки масивна лінза переднього плану, а й від того, як швидко рухаються лінза переднього плану і фонова зірка відносно Проте, отримавши також вимірювання для видимого розташування фонової зірки, ми можемо підтвердити, чи дійсно лінза переднього плану є чорною дірою».

За словами Лу, гравітаційний вплив OB110462 на світло фонової зірки був напрочуд тривалим. Знадобився близько року, щоб зірка засвітилася до свого піку в 2011 році, а потім близько року, щоб повернутися до нормального стану.

Більше даних дозволить відрізнити чорну діру від нейтронної зірки

Щоб підтвердити, що OB110462 є результатом надзвичайно компактного об’єкта, Лоу і Лем запросили у Хаббла додаткові астрономічні дані, деякі з яких надійшли в жовтні минулого року. Ці нові дані показали, що зміна положення зірки через гравітаційне поле лінзи все ще можна було спостерігати через 10 років після події. Більше спостережень Хаббла за мікролінзуванням орієнтовно заплановано на осінь 2022 року.

Аналіз нових даних підтвердив, що OB110462, швидше за все, була чорною дірою або нейтронною зіркою.

Лоу і Лем підозрюють, що різні висновки двох команд пов’язані з тим, що астрономічні та фотометричні дані дають різні вимірювання відносних рухів носових і кормових об’єктів. Астрологічний аналіз також відрізняється між двома командами. Команда з Каліфорнійського університету в Берклі стверджує, що поки що неможливо відрізнити, чи є об’єкт чорною дірою чи нейтронною зіркою, але вони сподіваються усунути розбіжність за допомогою більшої кількості даних Хаббла та покращеного аналізу в майбутньому.

“Як би ми однозначно не стверджували, що це чорна діра, ми повинні повідомляти про всі допустимі рішення, – сказав Лу. – Це включає як чорні діри меншої маси, так і, можливо, навіть нейтронну зірку”.

“Якщо ви не можете повірити в криву світла, яскравість, це означає щось важливе. Якщо ви не можете повірити в ситуацію проти часу, це говорить вам про щось важливе”, – сказав Ламм. “Отже, якщо один з них неправильний, ми повинні зрозуміти, чому. Або інша можливість полягає в тому, що те, що ми вимірюємо в двох наборах даних, є правильним, але наша модель неправильна. Фотометричні та астрометричні дані походять від одного фізичного процесу, Це означає, що яскравість і положення повинні бути узгоджені. Один з одним. Отже, там чогось не вистачає”.

Обидві групи також оцінили швидкість тіла надтонкої лінзи. Команда Лу/Лам виявила відносно помірну швидкість, менше 30 кілометрів на секунду. Команда STScI виявила надзвичайно високу швидкість, 45 км/с, яку вони інтерпретували як результат додаткового удару, який так звана чорна діра отримала від створеної нею наднової.

Лоу інтерпретує оцінку низьких швидкостей її команди як можливу підтримку нової теорії про те, що чорні діри не є результатом наднових зір – переважне припущення сьогодні – а натомість походять від невдалих наднових, які не роблять яскравого сплеску у Всесвіті і не дають результату. чорна діра удар.

Роботи Лу і Лема підтримуються Національним науковим фондом (1909641) і Національним управлінням з аеронавтики і дослідження космічного простору (NNG16PJ26C, NASA FINNESS 80NSSC21K2043).