Astronomi, iespējams, ir atklājuši “tumšu” siltumu

Ja lielu zvaigžņu nāve aiz sevis atstāj melnos caurumus, kā uzskata astronomi, to vajadzētu izkaisīt simtiem miljonu visā Piena ceļā. Problēma ir tā, ka izolēti melnie caurumi nav redzami.

Tagad Kalifornijas Universitātes Bērklijā vadītā komanda astronomi pirmo reizi ir atklājuši, kas varētu būt brīvi peldošs melnais caurums, novērojot tālu zvaigznes spilgtumu, jo tās gaismu izkropļo objekta spēcīgais gravitācijas lauks. – sauc par mikrogravitāciju.

Komandu vada maģistrants Keisijs Lems un Džesika LovaKalifornijas Universitātes Bērklijā astronomijas asociētais profesors lēš, ka neredzamā kompaktā objekta masa ir no 1,6 līdz 4,4 reizes lielāka par Saules masu. Tā kā astronomi uzskata, ka mirušas zvaigznes paliekām ir jābūt smagākām par 2,2 Saules masām, lai tās sabruktu melnajā caurumā, UC Berkeley pētnieki brīdina, ka objekts varētu būt neitronu zvaigzne, nevis melnais caurums. Arī neitronu zvaigznes ir ļoti blīvi un kompakti objekti, taču to gravitāciju līdzsvaro iekšējais neitronu spiediens, kas novērš turpmāku sabrukšanu melnajā caurumā.

Neatkarīgi no tā, vai tas ir melnais caurums vai neitronu zvaigzne, objekts ir pirmā tumšā zvaigžņu palieka – zvaigžņu “spoks” -, kas atklāts klaiņojot pa galaktiku, kas nav saistīta ar citu zvaigzni.

“Šī ir pirmā peldošā melnā cauruma vai neitronu zvaigzne, kas atklāta ar mikrogravitācijas lēcām,” sacīja Lu. “Izmantojot smalkāko objektīvu, mēs varam pārbaudīt un nosvērt šos izolētos, saspiestos objektus. Es domāju, ka esam atvēruši jaunu logu uz šiem tumšajiem objektiem, kurus nevar redzēt citādi.”

Nosakot, cik daudz no šiem kompaktajiem objektiem apdzīvo Piena ceļu, astronomi palīdzēs izprast zvaigžņu evolūciju — jo īpaši to mirstību — un mūsu galaktikas attīstību, iespējams, atklājot, vai kāds no neredzētajiem melnajiem caurumiem ir pirmatnējie melnie caurumi. uzskata Daži kosmologi uzskata, ka Lielā sprādziena laikā tika saražoti lieli daudzumi.

Lama, Lu un viņu starptautiskās komandas analīze ir pieņemta publicēšanai Astrofizikas žurnālu vēstules. Analīze ietver četrus citus mikrolēcas notikumus, kurus komanda secināja, ka tos nav izraisījis melnais caurums, lai gan divus, iespējams, izraisījis baltais punduris vai neitronu zvaigzne. Komanda arī secināja, ka iespējamais melno caurumu skaits galaktikā ir 200 miljoni — aptuveni tas, ko vairums teorētiķu bija gaidījuši.

Tie paši dati, dažādi secinājumi

Konkrēti, konkurējošā komanda no Baltimoras Kosmosa teleskopa zinātnes institūta (STScI) analizēja to pašu mikrolēcu izņemšanas notikumu un apgalvoja, ka kompaktā objekta masa ir tuvāk 7,1 Saules masai un neapstrīdamam melnajam caurumam. Papīrs, kurā aprakstīta STScI komandas vadītā analīze Kailašs Sahuir pieņemts publicēšanai Astrofizikas žurnāls.

Abas komandas izmantoja vienus un tos pašus datus: attālas zvaigznes spilgtuma fotometriskos mērījumus, kad tās gaismu izkropļoja vai “atspoguļoja” ļoti saspiestais objekts, un astronomiskos mērījumus, kas nosaka attālās zvaigznes atrašanās vietas maiņu debesīs gravitācijas ietekmē. objektīva objekta radītie kropļojumi. Optiskie dati tika iegūti no diviem mikrolēcu apsekojumiem: Optical Gravitational Lens Experiment (OGLE), kas izmanto 1,3 metru teleskopu Čīlē, ko vada Varšavas Universitāte, un Microlens novērojumiem astrofizikā (MOA), kas ir uzstādīts uz 1,8 metru teleskops Jaunzēlandē, ko vada Varšavas Universitāte. Osakas universitāte. Astronomiskie dati tika iegūti no NASA Habla kosmiskā teleskopa. STScI pārvalda teleskopa zinātnes programmu un veic tās zinātniskās darbības.

Tā kā abos precīzijas objektīva izlūkošanas laikā tika notverts viens un tas pats objekts, tam ir divi nosaukumi: MOA-2011-BLG-191 un OGLE-2011-BLG-0462 vai saīsināti OB110462.

Lai gan šādi apsekojumi Piena ceļā katru gadu atklāj aptuveni 2000 spožu zvaigžņu, izmantojot mikrolēcas, astronomisko datu pievienošana ļāva abām komandām noteikt kompaktā objekta masu un attālumu no Zemes. Kalifornijas Universitātes Bērklijā vadītā komanda lēsa, ka tā atrodas 2280–6260 gaismas gadu attālumā (700–1920 parseku), Piena Ceļa centra virzienā un netālu no lielā izliekuma, kas ieskauj galaktikas centrālo supermasīvo melno krāsu. caurums.

Tiek lēsts, ka STScI kopa atrodas aptuveni 5153 gaismas gadu (1580 parseku) attālumā.

Meklēju adatu siena kaudzē

Lū un Lams pirmo reizi par ķermeni sāka interesēties 2020. gadā pēc tam, kad STScI komanda sākotnēji secināja, ka Pieci mikrolēcu pasākumi Habla novērotos objektus, kas visi ir bijuši vairāk nekā 100 dienas un tāpēc varētu būt melnie caurumi, visticamāk, nemaz nav izraisījuši kompakti objekti.

Lu, kura ir meklējusi brīvi kustīgus melnos caurumus kopš 2008. gada, domāja, ka šie dati viņai palīdzēs labāk novērtēt to pārpilnību galaktikā, kas tika aptuveni lēsts no 10 miljoniem līdz 1 miljardam. Līdz šim bināro zvaigžņu sistēmu ietvaros ir atrasti tikai zvaigžņu izmēra melnie caurumi. Melnie caurumi ir redzami bināros veidos vai nu rentgena staros, kas rodas, kad materiāls no zvaigznes nokrīt uz melno caurumu, vai mūsdienu gravitācijas viļņu detektori, kas ir jutīgi pret divu vai vairāku melno caurumu saplūšanu. Bet šie notikumi ir reti.

“Mēs ar Keisiju skatījāmies datus un patiesi interesējāmies. Mēs teicām: “Oho, melno caurumu nav,” sacīja Lu. Tas ir pārsteidzoši, “lai gan tam tur vajadzēja būt.” “Un tā mēs sākām aplūkot datus. Ja datos patiešām nebūtu melno caurumu, tas neatbilstu mūsu modelim par to, cik melnajiem caurumiem jābūt Piena ceļā. Kaut kas būtu jāmaina, lai izprastu melno krāsu. caurumi — to skaits, ātrums vai masa.

Kad Lāms analizēja piecu minūšu objektīva notikumu fotometrisko un astrometriju, es biju pārsteigts, ka vienam, OB110462, bija kompakta korpusa īpašības: objektīva korpuss šķita tumšs un tāpēc nebija zvaigzne; zvaigžņu spilgtums saglabājās ilgu laiku, gandrīz 300 dienas; Arī fona zvaigznes pozīcijas sagrozīšana bija ilgstoša.

Lams sacīja, ka galvenais padoms bija objektīva pasākuma ilgums. 2020. gadā tas parādīja, ka labākais veids, kā meklēt melno caurumu mikrolēcas, ir meklēt ļoti garus notikumus. Viņa sacīja, ka tikai 1% minūtu objektīva notikumu, ko var noteikt, ir saistīti ar melnajiem caurumiem, tāpēc visu notikumu skatīšanās būtu kā adatas meklēšana siena kaudzē. Bet, saskaņā ar Lamm teikto, aptuveni 40% mikrolēcu notikumu, kas ilgst vairāk nekā 120 dienas, visticamāk, ir melnie caurumi.

“Cik ilgi spilgtais notikums ilgst, ir mājiens uz to, cik masīvs priekšplāna objektīvs saliek fona zvaigznes gaismu,” sacīja Lamms. “Ilgāki notikumi, visticamāk, ir melno caurumu dēļ. Tas nav garantija, jo spilgtā gredzena ilgums ir atkarīgs ne tikai no tā, cik masīvs ir priekšplāna objektīvs, bet arī no tā, cik ātri priekšplāna objektīvs un fona zvaigzne pārvietojas attiecībā pret Tomēr, iegūstot mērījumus arī fona zvaigznes redzamajai atrašanās vietai, mēs varam apstiprināt, vai priekšplāna objektīvs patiešām ir melnais caurums.

Saskaņā ar Lu teikto, OB110462 gravitācijas ietekme uz fona zvaigznes gaismu bija pārsteidzoši ilga. Pagāja aptuveni gads, līdz zvaigzne 2011. gadā iedegās līdz maksimumam, un pēc tam apmēram gads, lai atgrieztos normālā stāvoklī.

Vairāk datu atšķirs melno caurumu no neitronu zvaigznes

Lai apstiprinātu, ka OB110462 radās ārkārtīgi kompakts objekts, Low un Lam pieprasīja vairāk astronomisku datu no Habla, daži no tiem tika saņemti pagājušā gada oktobrī. Šie jaunie dati parādīja, ka zvaigznes stāvokļa izmaiņas objektīva gravitācijas lauka dēļ joprojām varēja novērot 10 gadus pēc notikuma. Vairāki Habla mikrolēcu novērojumi ir provizoriski plānoti 2022. gada rudenī.

Jauno datu analīze apstiprināja, ka OB110462, visticamāk, bija melnā cauruma vai neitronu zvaigzne.

Lowam un Lamam ir aizdomas, ka abu komandu atšķirīgie secinājumi ir saistīti ar faktu, ka astronomiskie un fotometriskie dati sniedz atšķirīgus priekšējo un pakaļgala objektu relatīvo kustību mērījumus. Astroloģiskā analīze arī atšķiras starp abām komandām. UC Berkeley komanda apgalvo, ka vēl nav iespējams atšķirt, vai objekts ir melnais caurums vai neitronu zvaigzne, taču viņi cer atrisināt neatbilstību ar vairāk Habla datu un uzlabotu analīzi nākotnē.

“Lai arī cik mēs noteikti teiktu, ka tas ir melnais caurums, mums jāziņo par visiem pieļaujamiem risinājumiem,” sacīja Lu. “Tas ietver gan mazākas masas melnos caurumus, gan, iespējams, pat neitronu zvaigzni.”

“Ja jūs nevarat noticēt gaismas līknei, spilgtumam, tas nozīmē kaut ko svarīgu. Ja jūs nevarat noticēt situācijai pret laiku, tas jums saka kaut ko svarīgu,” sacīja Lamms. “Tātad, ja viens no tiem ir nepareizs, mums ir jāsaprot, kāpēc. Vai arī cita iespēja ir tāda, ka tas, ko mēs izmērām divās datu kopās, ir pareizs, bet mūsu modelis ir nepareizs. Fotometriskie un astrometriskie dati rodas no viena un tā paša fiziskā procesa, kas nozīmē, ka spilgtumam un novietojumam ir jābūt saskaņotam. Viens ar otru. Tātad tur kaut kā trūkst.”

Abas grupas arī novērtēja īpaši smalkā objektīva korpusa ātrumu. Lu/Lam komanda atrada salīdzinoši mērenu ātrumu, mazāk par 30 kilometriem sekundē. STScI komanda atrada neparasti lielu ātrumu 45 km/s, ko viņi interpretēja kā papildu sitiena rezultātu, ko tā dēvētais melnais caurums ieguva no tās radītās supernovas.

Low interpretē savas komandas zemā ātruma aplēses kā iespējamu atbalstu jaunai teorijai, ka melnie caurumi nav supernovu rezultāts — mūsdienās dominējošais pieņēmums —, bet gan nāk no neveiksmīgām supernovām, kas neizraisa spilgtus uzplaiksnījumus Visumā un nedod iegūto rezultātu. melnais caurums sitiens.

Lu un Lama darbu atbalsta Nacionālais zinātnes fonds (1909641) un Nacionālā aeronautikas un kosmosa administrācija (NNG16PJ26C, NASA FINNESS 80NSSC21K2043).