Ученые, возможно, обнаружили совершенно новый класс черных дыр
Черные дыры - важная часть понимания астрофизиками вселенной - настолько важная, что ученые пытались провести перепись всех черных дыр в галактике Млечный Путь.
Но новое исследование показывает, что их поиск мог пропустить целый класс черных дыр, о которых они не знали.
В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Science , астрономы предлагают новый способ поиска черных дыр и показывают, что возможно существует класс черных дыр, меньших, чем самые маленькие из известных черных дыр во вселенной.
«Мы показываем этот намек на то, что есть еще одна популяция, которую нам еще предстоит исследовать в поисках черных дыр», - сказал Тодд Томпсон, профессор астрономии в Университете штата Огайо и ведущий автор исследования.
«Люди пытаются понять взрывы сверхновых, как сверхмассивные черные звезды , как элементы были сформированы в сверхмассивных звездах. Поэтому, если бы мы могли выявить новую популяцию черных дыр, это позволило бы нам узнать больше о том, какие звезды взрываются, а какие нет, которые образуют черные дыры, а которые образуют нейтронные звезды. Это открывает новую область исследований ».
Астрономы долго искали черные дыры, гравитационные притяжения которых настолько сильны, что ничто - ни материя, ни радиация - не может уйти. Черные дыры образуются, когда некоторые звезды умирают, сжимаются и взрываются. Астрономы также искали нейтронные звезды - маленькие плотные звезды, которые образуются, когда некоторые звезды умирают и разрушаются.
Оба могли содержать интересную информацию об элементах на Земле и о том, как звезды живут и умирают. Но чтобы раскрыть эту информацию, астрономы сначала должны выяснить, где находятся черные дыры. И, чтобы выяснить, где находятся черные дыры, им нужно знать, что они ищут.
Одна подсказка: черные дыры часто существуют в так называемой двоичной системе. Это просто означает, что две звезды находятся достаточно близко друг к другу, чтобы гравитацией они могли соединиться во взаимной орбите вокруг друг друга. Когда одна из этих звезд умирает, другая может остаться, все еще вращаясь вокруг пространства, где когда-то жила мертвая звезда - теперь черная дыра или нейтронная звезда, и где образовалась черная дыра или нейтронная звезда.
В течение многих лет ученые знали, что черные дыры примерно в 5-15 раз больше массы Солнца. Известные нейтронные звезды обычно не больше, чем примерно в 2,1 раза больше массы Солнца - если бы они были в 2,5 раза больше массы Солнца, они бы упали в черную дыру
Но летом 2017 года исследование под названием LIGO - лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория - обнаружило, что две черные дыры сливаются в галактике на расстоянии около 1,8 миллиона световых лет. Одна из этих черных дыр была примерно в 31 раз больше массы Солнца; другой примерно в 25 раз больше массы солнца.
«Сразу же все были похожи на « вау », потому что это было настолько захватывающе», - сказал Томпсон. «Не только потому, что это доказало, что LIGO работал, но и потому, что массы были огромными. Черные дыры такого размера очень важны - мы их раньше не видели».
Томпсон и другие астрофизики давно подозревали, что черные дыры могут достигать размеров за пределами известного диапазона, и открытие LIGO доказало, что черные дыры могут быть больше. Но между самыми большими нейтронными звездами и самыми маленькими черными дырами оставалось окно размера.
Томпсон решил посмотреть, сможет ли он разгадать эту тайну.
Он и другие ученые начали прочесывать данные из APOGEE, эксперимента по галактической эволюции обсерватории Апач-Пойнт, который собрал световые спектры примерно от 100 000 звезд через Млечный путь. Спектр, понял Томпсон, может показать, может ли звезда вращаться вокруг другого объекта: изменения в спектрах - например, сдвиг в сторону более голубых длин волн с последующим переходом в более красную длину - могут показать, что звезда вращается вокруг невидимого спутника.
Томпсон начал прочесывать данные в поисках звезд, которые показали это изменение, указывая на то, что они могут вращаться вокруг черной дыры.
Затем он сузил данные APOGEE до 200 звезд, которые могут быть наиболее интересными. Он передал данные научному сотруднику штата Огайо Таринду Джаясинге, который собрал тысячи изображений каждой потенциальной двоичной системы из ASAS-SN, Автоматизированного опроса сверхновых, созданного для всех звезд. (ASAS-SN обнаружил около 1000 сверхновых и находится за пределами штата Огайо.)
Их данные обнаружили гигантскую красную звезду, которая, казалось, вращалась вокруг чего-то, но это что-то, основываясь на их расчетах, вероятно, было намного меньше, чем известные черные дыры в Млечном Пути, но намного больше, чем большинство известных нейтронных звезд.
После дополнительных расчетов и дополнительных данных от отражателя Tillinghast Echelle Spectrograph и спутника Gaia они поняли, что обнаружили черную дыру с малой массой, которая, вероятно, примерно в 3,3 раза превышает массу Солнца.
«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. " Сказал Томпсон. «Массы вещей говорят нам об их образовании и развитии, и они рассказывают нам о своей природе».
Источник: