Черные дыры - одна из самых удивительных и загадочных сил природы. В то же время они имеют основополагающее значение для нашего понимания астрофизики. Черные дыры не только являются результатом особенно массивных звезд, которые становятся сверхновыми в конце своей жизни, они также являются ключом к нашему пониманию общей теории относительности и, как полагают, сыграли роль в космической эволюции.
Из-за этого астрономы много лет старались создать перепись черных дыр в галактике Млечный Путь. Тем не менее, новые исследования показывают, что астрономы могли пропустить целый класс черных дыр. Это связано с недавним открытием, когда группа астрономов наблюдала черную дыру, которая составляет чуть более трех масс Солнца, что делает ее самой маленькой черной дырой, обнаруженной на сегодняшний день.
Недавно в журнале появилось исследование «Невзаимодействующая черная дыра с малой массой - гигантская звездная двойная система». Наука. Ответственная группа возглавлялась астрономами из Университета штата Огайо и включала членов Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, Обсерваторий Научного института Карнеги, Центра темной космологии, а также нескольких обсерваторий и университетов.
Открытие было особенно примечательным, потому что оно идентифицировало объект, который астрофизики ранее не знали, существовал. В результате ученые теперь вынуждены пересмотреть то, что, по их мнению, они знали о населении черных дыр в нашей галактике. Тодд Томпсон, профессор астрономии в Университете штата Огайо и ведущий автор исследования, объяснил:
«Мы показываем этот намек на то, что есть еще одна популяция, которую нам еще предстоит исследовать в поисках черных дыр. Люди пытаются понять взрывы сверхновых, как сверхмассивные черные звезды, как элементы были сформированы в сверхмассивных звездах. Так что, если бы мы могли выявить новую популяцию черных дыр, она бы больше рассказывала нам о том, какие звезды взрываются, а какие нет, которые образуют черные дыры, которые образуют нейтронные звезды. Это открывает новую область исследования ».
Из-за влияния, которое они оказывают на пространство и время, астрономы долго искали черные дыры и нейтронные звезды. Так как они также являются результатом смерти звезд, они также могут предоставить информацию о жизненных циклах звезд и о том, как образуются элементы. Чтобы сделать это, астрономам сначала нужно определить, где находятся черные дыры в нашей галактике, что требует, чтобы они знали, что искать.
Один из способов найти их - это искать двойные системы, в которых две звезды связаны друг с другом на орбите из-за их взаимного притяжения. Когда одна из этих звезд подвергается гравитационному коллапсу в конце своей жизни, она или коллапсирует, образуя нейтронную звезду или черную дыру. Если звезда-компаньон достигла Фазы Красной Ветви (RBP) своего развития, она значительно расширится.
Это расширение приведет к тому, что красный гигант станет объектом своей черной дыры или спутника нейтронной звезды. Это приведет к тому, что материал будет извлечен с поверхности первого и будет медленно потребляться последним. Об этом свидетельствуют тепло и рентгеновские лучи, которые испускаются, когда материал от звезды накапливается на ее спутнике в черной дыре.
До сих пор все черные дыры в нашей галактике, идентифицированные астрономами, были между пятью и пятнадцатью солнечными массами. В отличие от этого нейтронные звезды, как правило, не превышают около 2,1 солнечных масс, поскольку все, что больше 2,5 солнечных масс, разрушится, образуя черную дыру. Когда LIGO и Дева совместно обнаружили гравитационные волны, вызванные слиянием черной дыры, они составляли 31 и 25 солнечных масс соответственно.
Это продемонстрировало, что черные дыры могут появляться за пределами того, что астрономы считают нормальным диапазоном. Как сказал Томпсон:
«Немедленно, все были похожи на« вау », потому что это было так захватывающе. Не только потому, что это доказало, что LIGO работал, но и потому, что массы были огромны. Черные дыры такого размера имеют большое значение - мы их раньше не видели ».
Это открытие вдохновило Томпсона и его коллег рассмотреть возможность того, что могут быть неоткрытые объекты, которые находятся между самыми большими нейтронными звездами и самыми маленькими черными дырами. Чтобы исследовать это, они начали объединять данные из Эксперимента по эволюции галактической обсерватории Apache Point (APOGEE) - астрономического обзора, который собирает спектры от примерно 100 000 звезд по всей галактике.
Томпсон и его коллеги исследовали этот спектр на наличие признаков изменений, которые указывали бы, может ли звезда вращаться вокруг другого объекта. В частности, если звезда демонстрирует признаки доплеровского сдвига - где ее спектры будут чередоваться между смещением в сторону более синего конца и затем более красными длинами волн - это будет признаком того, что она может вращаться вокруг невидимого спутника.
Этот метод является одним из наиболее эффективных и популярных способов определения наличия у звезды орбитальной системы планет. Когда планеты вращаются вокруг звезды, они оказывают на нее гравитационную силу, которая заставляет ее двигаться вперед и назад. Этот же вид сдвига использовался Томпсоном и его коллегами, чтобы определить, может ли какая-либо из звезд APOGEE вращаться вокруг черной дыры.
Все началось с того, что Томпсон сузил данные APOGEE до 200 кандидатов, которые оказались наиболее интересными. Затем он передал данные Таринду Джаясингхе (аспирантуре в штате Огайо), который затем использовал данные автоматизированного обследования сверхновых звезд All-Sky (ASAS-SN), проводимого OSU и обнаружившего более 1000 сверхновых, для составления тысяч изображений каждого кандидата.
Это открыло гигантскую красную звезду, которая, казалось, вращалась вокруг чего-то, что было намного меньше, чем любая известная черная дыра, но намного больше, чем любые известные нейтронные звезды. После объединения результатов с дополнительными данными от спектрографа Эшелла (TRES) Tlecthast Reflector и спутника Gaia, они поняли, что обнаружили черную дыру, примерно в 3,3 раза превышающую массу Солнца.
Этот результат не только подтверждает существование нового класса черной дыры с малой массой, но также предоставляет новый метод их определения. Как объяснил Томпсон:
«То, что мы здесь сделали, - это новый способ поиска черных дыр, но мы также потенциально идентифицировали одну из первых из нового класса черных дыр с малой массой, о которых астрономы ранее не знали. Массы вещей рассказывают нам об их образовании и развитии, и они рассказывают нам о своей природе ».
