Видимо, та «чудовищная черная дыра», которую обнаружили исследователи, не так уж чудовищна. Но выискивая ошибки и работая над их исправлением, наука продвигается вперед.
В недавнем исследовании (рецензируемое исследование, опубликованное 27 ноября) группа ученых сообщила об открытии двойной системы LB-1, которая содержит звезду и, согласно полученным данным, спутник черной дыры в 70 раз больше массы нашего солнца. Это были главные новости: черные дыры звездной массы (черные дыры, образованные гравитационным коллапсом звезды), как правило, составляют менее половины этой массы. Но хотя исследование под руководством Цзифэна Лю из Национальной астрономической обсерватории Китая (НАОК) Китайской академии наук было захватывающим, оно также было ошибочным.
На этой неделе вышли три новые статьи, в которых пересмотрены результаты исследования Лю, и эти исследования говорят о том, что черная дыра LB-1 на самом деле не такая большая.
Странные черные дыры
Черные дыры звездной массы обычно идентифицируются по яркому рентгеновскому излучению, которое исходит от газа, который объекты накапливают или притягивают от своих спутников-звезд. Но черная дыра, обнаруженная в LB-1, «не взаимодействует»; другими словами, он не накапливает газ от своей звезды, поэтому его нельзя найти через яркие выбросы. Ученые считают, что существует множество примеров такого типа черной дыры во вселенной, но поскольку эти объекты трудно обнаружить, существует мало наблюдений, чтобы показать, сколько их может быть там.
Таким образом, чтобы определить, что система имеет черную дыру, команде Лю пришлось косвенно находить и изучать объект, наблюдая движение при доплеровском смещении звезды системы и темно-красной эмиссионной линии.
При явлении Доплера объекты, движущиеся к Земле, кажутся голубыми, потому что длины волн света становятся короче, и красными, когда отдаляются от нас, потому что длины волн становятся длиннее. Линия излучения, известная как линия излучения H-альфа, является спектральной линией или темной линией в спектре. Спектральные линии часто используются для идентификации атомов или молекул, и эта специфическая линия создается электронами водорода. Команда Лю завершила свою работу, предполагая, что эта линия идет от аккреционного диска вокруг черной дыры.
Измеряя изменения в доплеровском смещении, исследователи могли определить скорость объектов и, следовательно, их массу. «Если бы звезда и спутник разгонялись в одинаковом количестве, это означало бы, что они имели одинаковую массу, а если разгонялся бы гораздо меньше, это было бы намного тяжелее», - Калифорнийский университет в Беркли, аспирант-астроном Карим Эль-Бадри сказал соавтор одной из трех статей, анализирующих эти результаты. Таким образом, при измерении покачивающегося движения излучения, исходящего (как предполагалось командой Лю), от черной дыры, команда Лю определила, что скорость черной дыры должна означать, что она была чрезвычайно большой для черной дыры звездной массы.
Теперь, если на самом деле излучение исходило от черной дыры и двигалось, как они сообщали, это действительно означало бы, что в системе был чрезвычайно массивный объект, объяснил Эль-Бадри.
Основная проблема с этим выводом? Оказывается, что эта эмиссионная линия, движение которой служило основным свидетельством для предлагаемого ультрамассивного объекта, не была покачивающейся. На самом деле, он вообще не сдвинулся с места, обнаружены новые документы, в которых рассматриваются выводы команды Лю.
Смелая претензия
Возможно, вы слышали разговоры за последние пару недель о «невозможной» черной дыре из солнечной массы 70. В сегодняшней дозе холодной воды мы утверждаем, что данные были неверно истолкованы, и нет никаких свидетельств необычно массивной ЧД. 1 / https://t.co/hWLhvaFK1F pic.twitter.com/FoEPifPegcDe декабря 10, 2019
Утверждение о странно массивном открытии черной дыры впервые показалось Эль-Бадри странным, потому что этот тип черной дыры никогда ранее не наблюдался с такой массой. «Моя первая мысль, когда вышла статья, - это такое смелое утверждение, что доказательства должны быть действительно хорошими», - сказал Эль-Бадри Space.com. «Вы всегда должны быть непредвзятыми, но в этом случае иск был явно неординарным, а доказательства - немного более шаткими».
Основная проблема, которую обнаружил Эль-Бадри, заключалась в том, что линия эмиссии только казалась движущейся; это не было на самом деле покачивание.
Эль-Бадри и Элиот Кватарт, профессор астрономии и физики в Калифорнийском университете в Беркли, опубликовал свой анализ в понедельник (9 декабря) на сервер препринтов arXiv. Их статья также была представлена для публикации в журнале «Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества».
Отсутствующая линия поглощения
Итак, как же линия эмиссии может «только двигаться»? Ну, так получилось, что они выстроились на вершине абсорбционной линии, которая создала иллюзию.
Чтобы понять иллюзию, сначала нужно узнать, что такое линия поглощения. Внешние атмосферные слои, окружающие звезды, служат поглощающим материалом для поглощения света, исходящего от звезды. Итак, когда исследователи изучают спектр света, исходящего от звезд, они могут видеть линии поглощения, которые создаются атомами в атмосфере, переходящими между атомными состояниями.
По словам Эль-Бадри, со звездой на LB-1 была линия поглощения, «скрытая» линией излучения. Такая ситуация может создать иллюзию, что линия излучения движется, создавая видимость доплеровского сдвига, что Эль-Бадри и ученые, стоящие за другими работами, объяснили и показали в исследованиях. Просто вычтя линию поглощения из измерений линии эмиссии, Эль-Бадри и Кватар, которые использовали для своего исследования те же данные, что и команда Лю, обнаружили, что линия эмиссии вообще не движется.
Без движения этой эмиссии Тодд Томпсон, профессор кафедры астрономии в Университете штата Огайо, который не участвовал ни в одной из этих статей, объяснил Space.com, что есть две возможные интерпретации. Либо второй объект в системе является гораздо более массивным, чем когда-либо наблюдалось (более 70 солнечных масс), или, что гораздо более вероятно, в LB-1 может быть черная дыра среднего размера, и линия излучения исходит от где-то еще, сказал Томпсон.
«Там что-то есть. Просто это, вероятно, обычная черная дыра звездной массы», - сказала Джеки Фаэрти, старший научный сотрудник Американского музея естественной истории в Нью-Йорке и соведущий «StarTalk Radio». .com. Фаэрти не была вовлечена ни в одну из этих бумаг.
Однако, поскольку линия излучения, вероятно, не идет от черной дыры, исследователи не могут получить сверхточную оценку массы черной дыры. Но анализ команды Эль-Бадри показывает, что черная дыра, скорее всего, находится между 5 и 20 солнечными массами, что, как они описали в своей статье, «кажется наиболее вероятным».
Открытие ... лопнул?
Вышли еще две статьи, в которых также пересматриваются заявления команды Лю. Один, исследование под руководством новозеландского теоретического астронома Дж.Дж. Элдридж, который был опубликован в arXiv, принял теоретический подход к анализу системы. Исследователи в этом исследовании смоделировали большую библиотеку различных типов бинарных систем, чтобы увидеть, могут ли ученые найти бинарный файл, который соответствует наблюдениям, сообщенным для LB-1. Они нашли несколько, которые могли, но ни один с черными дырами с массой 70 солнечных частиц.
Другое исследованиеТакже опубликовано в arXiv и во главе с Майклом Абдул-Масихом из Института астрономии при университете К.Ю.Лёвена в Бельгии, применило аналогичный подход к Эль-Бадри. Однако вместо того, чтобы использовать те же данные, что и команда Лю, эти исследователи собрали свой собственный спектр бинарной системы, используя другой телескоп. Они также провели моделирование, в котором они поместили абсорбционную линию под эмиссионной линией, чтобы увидеть, движется ли эмиссия, как это было в LB-1. В этих симуляциях команда Абдул-Масиха обнаружила, что линия действительно двигалась взад и вперед, предоставляя дополнительные доказательства того, что линия излучения в системе выглядит только так, как будто она движется.
Выкуп за LB-1
«Это казалось слишком захватывающим, чтобы быть правдой, - сказал Фахерти. Но, добавила она, «это также способ развития науки».
Фаэрти подчеркнула, что «это нормально для такого рода вещей.… Это просто исправление предыдущего результата… нормально иметь такую ситуацию», добавила она. «Наука продвигается и движется вперед».
Эти последующие исследования предоставили доказательства того, что вторичный объект в LB-1 на самом деле не является ультрарадикальной, ультрамассивной черной дырой. Однако, по словам Эль-Бадри, это все еще исключительно интересный объект, и его стоит изучить дальше.
Поскольку первоначальное исследование было уделено так много внимания, в том числе с помощью этих последующих анализов, оно повысило интерес к изучению системы LB-1 и подобных ей систем.
Выявив и изучив невзаимодействующие черные дыры, подобные той, что связана с LB-1, ученые могут узнать больше об этих неуловимых объектах. Говорят, что они широко распространены в космосе, их трудно обнаружить, потому что они не производят яркого рентгеновского излучения.
«Это очень интересное время, чтобы искать эти невзаимодействующие черные дыры, и они определенно нашли очень интересную систему», - сказал Томпсон. «Существует популяция черных дыр в звездных двойных, где нет активного взаимодействия между двумя компонентами», добавил он.
Кроме того, было бы интересно, если бы ученые продолжали исследовать, откуда происходит эта линия эмиссии H-альфа. Документы, в которых пересматривается LB-1, предполагают, что «возможно, что околозубные материалы могут объяснить это, но это небольшая загадка ... все в порядке, чтобы иметь какую-то загадку, связанную с результатом», сказал Фахерти.
Space.com обратился к команде Лю за комментариями, и Лю сказал, что «мы пишем статью для решения всех этих проблем». Он добавил, что его команда ожидает, что этот документ выйдет где-то на следующей неделе.
- Что такое черные дыры?
- Викторина «Черная дыра»: насколько хорошо вы знаете самые странные творения природы?
- Эврика! Ученые впервые сфотографировали черную дыру
