Мабуть, та «чудовиська чорна діра», яку виявили дослідники, не така вже й жахлива. Але знаходження помилок і робота над їх виправленням у тому, як наука висувається вперед.
У недавньому дослідженні (рецензоване дослідження, опубліковане 27 листопада) команда вчених повідомила про відкриття бінарної системи LB-1, яка містить зірку і, за висновками, супутника чорної діри в 70 разів перевищує масу нашого сонця. Це була головна новина, чорні діри зоряної маси (чорні діри, утворені гравітаційним колапсом зірки), як правило, менше, ніж наполовину масивні. Але хоча дослідження під керівництвом Джифенг Лю з Національної астрономічної обсерваторії Китаю (NAOC) Китайської академії наук було захоплюючим, воно також було помилковим.
На цьому тижні вийшли три нові документи, які переглянули результати дослідження Лю, і ці дослідження говорять про те, що чорна діра LB-1 насправді не така вже й велика.
Дивні чорні діри
Чорні діри зоряної маси зазвичай ідентифікуються за яскравими випромінюваннями рентгенівських променів, які надходять від газу, який об'єкти накопичують або втягують із зірок-супутників. Але чорна діра, помічена в LB-1, "не взаємодіє"; Іншими словами, він не виділяє газ зі своєї зірки, тому його не можна знайти через яскраві викиди. Вчені вважають, що у Всесвіті є багато прикладів такого типу чорної діри, але оскільки ці об’єкти важко помітити, є мало спостережень, щоб показати, скільки їх може бути там.
Отже, щоб визначити, що в системі була чорна діра, команді Лю довелося непрямо знайти та вивчити об'єкт, спостерігаючи за рухом у доплерівському зсуві зірки системи та глибоко-червоною емісійною лінією.
Під явищем Доплера об’єкти, що рухаються до Землі, виглядають синіми, оскільки довжина хвилі світла стає все коротшою, а червона, коли віддаляється від нас, тому що довжина хвилі стає довшою. Лінія випромінювання, відома як лінія емісії H-альфа, - це спектральна лінія або темна лінія в спектрі. Спектральні лінії часто використовуються для ідентифікації атомів або молекул, і ця специфічна лінія створюється електронами водню. Команда Лю завершила свою роботу, припускаючи, що ця лінія йде з накопичувального диска навколо чорної діри.
Вимірявши зміни доплерівського зсуву, дослідники могли визначити швидкість об єктів і, отже, їх масу. "Якби зірка і супутник прискорювали однакову кількість, це означало б, що вони мають однакову масу, і якщо один прискорюється набагато менше, було б набагато важче", Каліфорнійський університет, Берклі, докторант з астрономії Карім Ель-Бадрі , сказав співавтор одного з трьох робіт, що аналізують ці результати. Таким чином, вимірюючи хитаючий рух викидів, що надходять від (як вважала команда Лю), чорної діри, команда Лю визначила, що швидкість чорної діри повинна означати, що вона надзвичайно велика для чорної діри зоряної маси.
Тепер, якщо насправді викиди виходили з чорної діри і рухалися, як вони повідомляли, це дійсно означало б, що в системі був надзвичайно масивний об'єкт, пояснив Ель-Бадрі.
Основна проблема з цим висновком? Виявляється, що ця лінія викидів, рух якої послужила головним свідченням запропонованого ультрамасивного об'єкта, не була хитанням. Насправді він зовсім не рухався, нові документи, що стосуються висновків команди Лю, знайшли.
Сміливий позов
Можливо, ви чули розмови протягом останніх кількох тижнів про “неможливу” 70 чорну діру сонячної маси. У сьогоднішній дозі холодної води ми стверджуємо, що дані були неправильно інтерпретовані, і немає ніяких доказів незвично масового БХ. 1 / https://t.co/hWLhvaFK1F pic.twitter.com/FoEPifPegc10 грудня 2019 року
Ствердження про дивно масивне відкриття чорної діри вперше вразило Ель-Бадрі як дивне, бо такого типу чорної діри ніколи раніше не спостерігалося з такою масою. "Моя перша думка, коли вийшов документ, - це настільки сміливе твердження, що докази краще бути справді хорошими", - сказав Ел-Бадрі для Space.com. "Ви завжди повинні залишатись відкритою, але в цьому випадку вимога була, безумовно, надзвичайною, а докази були дещо хиткішими".
Основним питанням, яке виявив Ель-Бадрі, було те, що лінія викидів, здається, лише рухається; це насправді не хиталось.
Ель-Бадрі та Еліот Куатарт, професор астрономії та фізики в УК Берклі, опублікував їх аналіз у понеділок (9 грудня) на сервер переддруку arXiv. Їхній документ також був поданий для публікації в журналі «Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства».
Відсутня лінія поглинання
Отже, як може бути "рухомим" лише лінія викидів? Що ж, так вийшло вибудувати поверх поглинання, що створило ілюзію.
Щоб зрозуміти ілюзію, спочатку потрібно знати, що таке лінія поглинання. Зовнішні шари атмосфери, що оточують зорі, служать поглинаючим матеріалом для поглинання світла, що надходить від зірки. Так, коли дослідники вивчають спектр світла, що виходить від зірок, вони можуть бачити лінії поглинання, які створюються атомами в атмосфері, що переходить між атомними станами.
Зіркою в LB-1 була лінія поглинання, "прихована" емісійною лінією, сказав Ель-Бадрі. Така ситуація може створити ілюзію, що лінія викидів рухається, створюючи появу доплерівського зсуву, що Ел-Бадрі та вчені за іншими документами пояснили та показали в дослідженнях. Просто віднявши лінію поглинання від вимірювань лінії викидів, Ель-Бадрі та Куатаерт, які використовували ті самі дані для свого дослідження, як і команда Лю, виявили, що лінія викидів зовсім не рухається.
Без руху цієї емісії Тодд Томпсон, професор кафедри астрономії Університету штату Огайо, який не був причетний до жодної з цих робіт, пояснив Space.com, є дві можливі інтерпретації. Або другий об'єкт в системі набагато масивніший, ніж колись спостерігався (набагато більше 70 сонячних мас), або, що набагато ймовірніше, у LB-1 може бути просто чорна діра середнього розміру, і лінія викидів надходить з десь ще, - сказав Томпсон.
"Там щось є. Просто, мабуть, це просто звичайна чорна діра зоряної маси", - сказала Джекі Фахерті, старший науковий співробітник Американського природничого музею в Нью-Йорку і співголова "StarTalk Radio". .com Фагерті не був причетний до жодної з цих робіт.
Однак, оскільки лінія викидів, ймовірно, не надходить із чорної діри, дослідники не можуть отримати надто точну оцінку маси чорної діри. Але аналіз команди Ель-Бадрі дозволяє припустити, що чорна діра, швидше за все, знаходиться між 5 і 20 сонячними масами, що, як вони описали у своїй роботі, "видається найбільш правдоподібним".
Відкриття ... розбито?
Вийшли два додаткові документи, які також переглядають претензії команди Лю. Один, дослідження під керівництвом новозеландського теоретичного астронома Дж. Дж. Елдрідж, яка була опублікована в arXiv, взяла теоретичний підхід до аналізу системи. Дослідники в цьому дослідженні моделювали велику бібліотеку різних видів бінарних систем, щоб побачити, чи вчені зможуть знайти бінарний файл, який би відповідав спостереженням, повідомленим щодо LB-1. Вони знайшли декілька, які могли, але жоден із чорними дірами із сонячною масою.
Інше дослідження, також опублікований в arXiv, під керівництвом Майкла Абдул-Масіха з Інституту астрономії університету КУ Левен у Бельгії, застосував аналогічний підхід до Ель-Бадрі. Однак замість того, щоб використовувати ті самі дані, що й команда Лю, ці дослідники зібрали власний спектр бінарної системи, використовуючи інший телескоп. Вони також зробили симуляції, в яких помістили лінію поглинання під емісійною лінією, щоб побачити, чи виявилося, що викиди рухаються так, як це було в LB-1. У цих симуляціях команда Абдул-Масіха виявила, що лінія, мабуть, рухається вперед-назад, надаючи додаткові докази того, що лінія викидів у системі виглядає лише так, як вона рухається.
Викуп за LB-1
"Це здавалося занадто захоплюючим, щоб бути правдою", - сказала Фахерті. Але, додала вона, "це також шлях розвитку науки".
Фахерті підкреслила, що "Це нормально, щоб подібні речі відбувалися. Це просто виправлення попереднього результату ... це нормально мати таку ситуацію", - додала вона. "Наука просувається і рухається вперед".
Ці подальші дослідження дали свідчення того, що вторинний об'єкт у ЛБ-1 насправді не є надмірною, надмасивною чорною дірою. Однак це все ще винятково цікавий об'єкт і його варто вивчити далі, сказав Ель-Бадрі.
Оскільки в початковому дослідженні було приділено стільки уваги, в тому числі, і з цими подальшими аналізами, він підвищив інтерес до вивчення системи LB-1 та подібних систем.
Виявляючи та вивчаючи невзаємодіючі чорні діри, як та, що пов’язана з LB-1, вчені можуть дізнатися більше про ці невловимі об’єкти. Кажуть, що вони часто зустрічаються в космосі, їх важко помітити, оскільки вони не виробляють яскравих рентгенівських випромінювань.
"Дуже цікавий час шукати ці невзаємодіючі чорні діри. Вони, безумовно, знайшли дуже цікаву систему", - сказав Томпсон. Є "населення, яке повинно бути там чорними дірами в зоряних двійкових файлах, де немає активної взаємодії між двома компонентами", - додав він.
Крім того, може бути цікаво, якби вчені продовжували досліджувати, звідки саме ця лінія викидів Н-альфа. У документах, що переглядають LB-1, можна стверджувати, що "можливо, що циркулярний матеріал може бути причиною цього, але це незначна таємниця ... це нормально, щоб в результаті була задіяна якась таємниця", - сказав Фахерті.
Space.com звернувся до команди Лю за коментарем, і Лю сказав, що "ми пишемо документ для вирішення всіх цих проблем". Він додав, що його команда очікує, що папір вийде десь на наступному тижні.
- Що таке чорні отвори?
- Тест на чорну діру: наскільки добре ви знаєте дивні твори природи?
- Еврика! Вчені вперше фотографують чорну дірку
