Чорні діри - одна з найдивовижніших та найзагадковіших сил природи. У той же час вони є основоположними для нашого розуміння астрофізики. Чорні діри не тільки є результатом особливо масивних зірок, які в кінці свого життя йдуть наднової, вони також є ключовими для нашого розуміння загальної відносності і, як вважається, відіграли певну роль у космічній еволюції.
Через це астрономи багато років старанно намагаються створити перепис чорних дір у галактиці Чумацький Шлях. Однак нові дослідження свідчать про те, що астрономи, можливо, не помітили цілого класу чорних дір. Це випливає з недавнього відкриття, коли команда астрономів спостерігала чорну діру, яка трохи більше трьох сонячних мас, що робить її найменшою чорною дірою, виявленою на сьогоднішній день.
Нещодавно у журналі з'явилося дослідження "Біонарна система зірок, що не взаємодіє з низькою масою, гігантська зірка" Наука. Відповідальну команду очолювали астрономи з Університету штату Огайо і включали членів Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики, Обсерваторій Інституту науки Карнегі, Центру темної космології та багатьох обсерваторій та університетів.
Це відкриття було особливо примітним, оскільки воно виявило об'єкт, про який астрофізики раніше не знали, що існує. У результаті вчені тепер змушені переглянути те, що вони думали, що вони знають про популяцію чорних дір в нашій галактиці. Як пояснив Тодд Томпсон, професор астрономії в Університеті штату Огайо і головний автор дослідження, пояснив:
"Ми показуємо цей натяк на те, що там є ще одна популяція, яку нам ще належить дослідити в пошуках чорних дір. Люди намагаються зрозуміти вибухи наднової, як вибухають надмасивні чорні зірки, як утворилися елементи у надмасивних зірок. Тож якби ми могли розкрити нову популяцію чорних дір, вона розповіла б більше про те, які зірки вибухають, а які ні, які утворюють чорні діри, які утворюють нейтронні зірки. Це відкриває нову область вивчення ».
Через вплив, який вони мають на простір та час, астрономи давно шукають чорні діри та нейтронні зірки. Оскільки вони також є результатами, коли зірки вмирають, вони також могли б надати інформацію про життєві цикли зірок та те, як утворюються елементи. Для цього астрономам потрібно спочатку визначити, де розташовані чорні діри в нашій галактиці, що вимагає, щоб вони знали, що шукати.
Одним із способів їх пошуку є пошук бінарних систем, де дві зірки замикаються на орбіті одна з одною через їх взаємну гравітацію. Коли одна з цих зірок зазнає гравітаційного колапсу наприкінці свого життя, вона або руйнується, утворюючи нейтронну зірку, або чорну діру. Якщо зірка-супутник досяг своєї фази Червоної гілки (RBP), вона значно розшириться.
Це розширення призведе до того, що червоний гігант стане предметом його чорної діри або нейтронної зірки. Це призведе до того, що матеріал буде витягнутий з поверхні першого і повільно спожити його. Про це свідчать тепло і рентгенівські промені, які випромінюються, коли матеріал зірки припадає на її супутника чорної діри.
До цього часу всі чорні діри в нашій галактиці, визначені астрономами, знаходилися між п'ятьма і п'ятнадцятьма сонячними масами. Нейтронні зірки, навпаки, не більше приблизно 2,1 сонячних мас, оскільки все, що перевищує 2,5 сонячних маси, руйнується, утворюючи чорну діру. Коли LIGO та Діва спільно виявляли гравітаційні хвилі, викликані злиттям чорної діри, вони мали відповідно 31 та 25 сонячних мас.
Це показало, що чорні діри можуть виникати поза тим, що астрономи вважали нормальним діапазоном. Як сказав Томпсон:
"Одразу всі були на кшталт" вау ", тому що це була така ефектна річ. Не тільки тому, що довели, що LIGO працює, а тому, що маси були величезними. Чорні діри такого розміру - велика справа - ми їх раніше не бачили ».
Це відкриття надихнуло Томпсона та його колег розглянути можливість існування нерозкритих об'єктів, які знаходилися між найбільшими нейтронними зірками та найменшими чорними дірами. Щоб дослідити це, вони почали поєднувати дані експерименту галактичної еволюції Apache Point Observatory (APOGEE) - астрономічного дослідження, яке збирає спектри приблизно від 100 000 зірок по всій галактиці.
Томпсон та його колеги досліджували цей спектр на предмет ознак змін, які вказували б на те, чи може зірка навколо іншого об’єкта. Зокрема, якщо зірка демонструвала ознаки доплерівського зсуву - де її спектри будуть чергуватися зсувом у бік більш товстого кінця, а потім червонішими довжинами хвилі - це буде свідченням того, що вона може орбітувати небаченого супутника.
Цей метод є одним з найефективніших і найпопулярніших засобів визначення, чи має зірка орбітальна система планет. Коли планети орбітують зірку, вони надають на неї гравітаційну силу, що змушує її рухатися вперед-назад. Цей самий вид зсуву використовували Томпсон та його колеги, щоб визначити, чи може хтось із зірок APOGEE обертатися навколо чорної діри.
Все почалося з того, як Томпсон скоротив дані APOGEE до 200 кандидатів, що виявилося найцікавішим. Потім він передав дані Тарінду Джайсінгхе (випускник наукового співробітника штату Огайо), який потім використав дані з Всесвітнього автоматизованого опитування для сверхнових (ASAS-SN) - який проводиться OSU і знайшов понад 1000 наднових - для збирання тисяч зображень кожного кандидата.
Це виявило гігантську червону зірку, яка, здавалося, оберталася на щось, що було набагато менше, ніж будь-яка відома чорна діра, але набагато більша за будь-які відомі нейтронні зірки. Поєднавши результати з додатковими даними зі спектрографа Ехель-рефлектора Tillinghast (TRES) та супутника Gaia, вони зрозуміли, що знайшли чорну діру приблизно в 3,3 рази від маси Сонця.
Цей результат не лише підтверджує існування нового класу чорних дір з низькою масою, але й надає новий метод їх розміщення. Як пояснив Томпсон:
"Те, що ми тут зробили, придумав новий спосіб пошуку чорних дір, але ми також потенційно визначили одну з перших із нового класу чорних дір низької маси, про яку астрономи раніше не знали. Маса речей говорить нам про їхнє становлення та еволюцію, а також про їх природу ».
