Gravitasie-mikrolensing verskyn supernova, hulle laat 'n agter swart gat. Daar word beraam dat ongeveer een uit 'n duisend sterre massief genoeg is om geboorte te gee aan 'n swart gat. Met die sterrestelsel.
Artikel deur Universiteit van Kalifornië – Berkeley
Tog kan swart gate uit hul aard baie moeilik wees om op te spoor, veral as hulle geïsoleer is. 'n Swart gat het immers so 'n kragtige swaartekrag dat lig nie ontsnap nie, so ons bespeur hulle gewoonlik deur hul gravitasie-invloed op ander voorwerpe of deur straling wat geskep word deur die omliggende materie wat hulle verslind. Sonder nabygeleë voorwerpe of opbouende materie, kan daar honderde miljoene swart gate regdeur ons sterrestelsel wees wat in wese onsigbaar is vir sterrekundiges.
As, soos sterrekundiges glo, die dood van groot sterre swart gate agterlaat, behoort daar honderde miljoene van hulle oor die Melkweg-sterrestelsel versprei te wees. Die probleem is, geïsoleerde swart gate is onsigbaar.
Nou, 'n span gelei deur gravitasie mikrolensing.
Die span, gelei deur gegradueerde student Casey Lam en Jessica Lu, 'n UC Berkeley medeprofessor in sterrekunde, skat dat die massa van die onsigbare kompakte voorwerp tussen 1.6 en 4.4 keer dié van die son is. Omdat sterrekundiges dink dat die oorblyfsel van 'n dooie ster swaarder as 2.2 sonmassas moet wees om tot 'n swart gat in te stort, waarsku die UC Berkeley-navorsers dat die voorwerp 'n 
Hubble-ruimteteleskoop-beeld van 'n ster in die verte wat verhelder en verwring is deur 'n onsigbare maar baie kompakte en swaar voorwerp tussen hom en die aarde. Die kompakte voorwerp - wat deur UC Berkeley-sterrekundiges beraam word as tussen 1.6 en 4.4 keer die massa van ons son - kan 'n vryswewende swart gat wees, een van miskien 200 miljoen in die Melkweg-sterrestelsel. Krediet: Beeld met vergunning van STScI/NASA/ESA
"Dit is die eerste vryswewende swartgat of neutronster wat met gravitasie-mikrolensing ontdek is," het Lu gesê. “Met mikrolensing kan ons hierdie eensame, kompakte voorwerpe ondersoek en weeg. Ek dink ons het 'n nuwe venster oopgemaak na hierdie donker voorwerpe, wat nie anders gesien kan word nie.”
Om te bepaal hoeveel van hierdie kompakte voorwerpe die Melkweg-sterrestelsel bevolk, sal sterrekundiges help om die evolusie van sterre te verstaan - veral hoe hulle sterf - en van ons sterrestelsel, en miskien onthul of enige van die onsigbare swart gate oer-swartgate is, wat sommige kosmoloë dink is geproduseer in groot hoeveelhede tydens die Dieselfde data, verskillende gevolgtrekkings
Veral, 'n mededingende span van die Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore het dieselfde mikrolensgebeurtenis ontleed en beweer dat die massa van die kompakte voorwerp nader aan 7.1 sonmassas is en onbetwisbaar 'n swart gat. 'n Referaat wat die ontleding deur die STScI-span, gelei deur Kailash Sahu, beskryf, is aanvaar vir publikasie in Die Astro Journal.
Albei spanne het dieselfde data gebruik: fotometriese metings van die verre ster se verheldering aangesien sy lig deur die superkompakte voorwerp vervorm of “geleen” is, en astrometriese metings van die verskuiwing van die verre ster se ligging in die lug as gevolg van die gravitasie vervorming deur die lensvoorwerp. Die fotometriese data is afkomstig van twee mikrolens-opnames: die Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), wat 'n 1.3-meter-teleskoop in Chili gebruik wat deur die Universiteit van Warskou bedryf word, en die Microlensing Observations in Astrophysics (MOA)-eksperiment, wat op 'n 1.8- meter teleskoop in Nieu-Seeland wat deur Osaka Universiteit bedryf word. Die astrometriese data kom van
Omdat beide mikrolens-opnames dieselfde voorwerp gevang het, het dit twee name: MOA-2011-BLG-191 en OGLE-2011-BLG-0462, of OB110462, kortweg.
Terwyl opnames soos hierdie ongeveer 2,000 2,280 sterre ontdek wat elke jaar deur mikrolensing in die Melkweg-sterrestelsel verhelder word, is die byvoeging van astrometriese data wat die twee spanne in staat gestel het om die massa van die kompakte voorwerp en sy afstand vanaf die aarde te bepaal. Die span wat deur UC Berkeley gelei word, het beraam dat dit tussen 6,260 700 en 1920 XNUMX ligjare (XNUMX-XNUMX parsecs) weg lê, in die rigting van die middel van die Melkwegsterrestelsel en naby die groot bult wat die sterrestelsel se sentrale massiewe swart gat omring.
Die STScI-groep het beraam dat dit ongeveer 5,153 1,580 ligjare (XNUMX XNUMX parsecs) weg lê.
Opsoek na 'n naald in 'n hooimied
Lu en Lam het die eerste keer in 2020 in die voorwerp belang gestel nadat die STScI-span voorlopig tot die gevolgtrekking gekom het dat vyf mikrolensgeleenthede wat deur Hubble waargeneem is - wat alles vir meer as 100 dae geduur het, en dus swart gate kon gewees het - kan tog nie deur kompakte voorwerpe veroorsaak word nie.
Lu, wat sedert 2008 na vryswewende swart gate soek, het gedink die data sou haar help om hul oorvloed in die sterrestelsel, wat rofweg op tussen 10 miljoen en 1 miljard geraam is, beter te skat. Tot op hede is ster-grootte swart gate net gevind as deel van binêre sterstelsels. Swart gate in binaries word óf in X-strale gesien, wat geproduseer word wanneer materiaal van die ster op die swart gat val, óf deur onlangse gravitasiegolfdetektors, wat sensitief is vir samesmeltings van twee of meer swart gate. Maar hierdie gebeure is skaars.
“Ek en Casey het die data gesien en ons het regtig belanggestel. Ons het gesê: 'Sjoe, geen swart gate nie. Dit is ongelooflik,' al moes dit gewees het,” het Lu gesê. “En so het ons na die data begin kyk. As daar werklik geen swart gate in die data was nie, sou dit nie ooreenstem met ons model vir hoeveel swart gate daar in die Melkweg moet wees nie. Iets sal moet verander in ons begrip van swart gate – óf hul getal óf hoe vinnig hulle beweeg of hul massas.”
Toe Lam die fotometrie en astrometrie vir die vyf mikrolensgebeurtenisse ontleed het, was sy verbaas dat een, OB110462, die eienskappe van 'n kompakte voorwerp het: Die lensvoorwerp het donker gelyk, en dus nie 'n ster nie; die sterre opheldering het lank geduur, byna 300 dae; en die vervorming van die agtergrondster se posisie was ook langdurig.
Die lengte van die lensgebeurtenis was die belangrikste wenk, het Lam gesê. In 2020 het sy gewys dat die beste manier om na swartgat-mikrolense te soek, was om na baie lang gebeurtenisse te soek. Slegs 1% van waarneembare mikrolensgebeurtenisse is waarskynlik van swart gate, het sy gesê, so om na alle gebeurtenisse te kyk, sal wees soos om na 'n naald in 'n hooiberg te soek. Maar, het Lam bereken, ongeveer 40% van mikrolensgebeurtenisse wat langer as 120 dae duur, is waarskynlik swart gate.
"Hoe lank die verheldering gebeurtenis duur, is 'n wenk van hoe massief die voorgrondlens is wat die lig van die agtergrondster buig," het Lam gesê. “Lang gebeure is meer waarskynlik as gevolg van swart gate. Dit is egter nie 'n waarborg nie, want die duur van die verheldering-episode hang nie net af van hoe massief die voorgrondlens is nie, maar ook van hoe vinnig die voorgrondlens en agtergrondster relatief tot mekaar beweeg. Deur egter ook metings van die oënskynlike posisie van die agtergrondster te kry, kan ons bevestig of die voorgrondlens werklik ’n swart gat is.”
Volgens Lu was die gravitasie-invloed van OB110462 op die lig van die agtergrondster verbasend lank. Dit het ongeveer een jaar geneem voordat die ster in 2011 tot sy hoogtepunt verhelder het, en daarna ongeveer 'n jaar om weer na normaal te verdof.
Meer data sal swart gat van neutronster onderskei
Om te bevestig dat OB110462 deur 'n superkompakte voorwerp veroorsaak is, het Lu en Lam gevra vir meer astrometriese data van Hubble, waarvan sommige verlede Oktober aangekom het. Daardie nuwe data het getoon dat die verandering in posisie van die ster as gevolg van die gravitasieveld van die lens 10 jaar ná die gebeurtenis steeds waarneembaar is. Verdere Hubble-waarnemings van die mikrolens is voorlopig vir herfs 2022 geskeduleer.
Ontleding van die nuwe data het bevestig dat OB110462 waarskynlik 'n swartgat of neutronster was.
Lu en Lam vermoed dat die verskillende gevolgtrekkings van die twee spanne te wyte is aan die feit dat die astrometriese en fotometriese data verskillende maatstawwe gee van die relatiewe bewegings van die voorgrond- en agtergrondvoorwerpe. Die astrometriese analise verskil ook tussen die twee spanne. Die UC Berkeley-geleide span voer aan dat dit nog nie moontlik is om te onderskei of die voorwerp 'n swart gat of 'n neutronster is nie, maar hulle hoop om die teenstrydigheid met meer Hubble-data en verbeterde ontleding in die toekoms op te los.
“Soveel as wat ons wil sê dat dit definitief 'n swart gat is, moet ons alle toegelate oplossings rapporteer. Dit sluit beide laer massa swart gate en moontlik selfs 'n neutronster in,” het Lu gesê.
“As jy nie die ligkurwe, die helderheid kan glo nie, dan sê dit iets belangriks. As jy nie die posisie teenoor tyd glo nie, sê dit vir jou iets belangrik,” het Lam gesê. “So, as een van hulle verkeerd is, moet ons verstaan hoekom. Of die ander moontlikheid is dat wat ons in beide datastelle meet korrek is, maar ons model is verkeerd. Die fotometrie- en astrometriedata spruit uit dieselfde fisiese proses, wat beteken dat die helderheid en posisie in ooreenstemming met mekaar moet wees. So, daar skort iets daar. ”
Albei spanne het ook die snelheid van die superkompakte lensvoorwerp beraam. Die Lu/Lam-span het 'n relatief kalm spoed gevind, minder as 30 kilometer per sekonde. Die STScI-span het 'n buitengewone groot snelheid, 45 km/s, gevind wat dit geïnterpreteer het as die resultaat van 'n ekstra skop wat die beweerde swart gat gekry het van die supernova wat dit gegenereer het.
Lu interpreteer haar span se laesnelheidskatting as 'n moontlike ondersteuning van 'n nuwe teorie dat swart gate nie die gevolg is van supernovas nie - die heersende aanname vandag - maar eerder kom van mislukte supernovas wat nie 'n helder plons in die heelal maak of die gevolglike swart gee nie hol 'n skop.
Verwysing: "'n Geïsoleerde massagaping-swartgat of neutronster wat met astrometriese mikrolensing opgespoor is" deur Casey Y. Lam, Jessica R. Lu, Andrzej Udalski, Ian Bond, David P. Bennett, Jan Skowron, Przemek Mroz, Radek Poleski, Takahiro Sumi , Michal K. Szymanski, Szymon Kozlowski, Pawel Pietrukowicz, Igor Soszynski, Krzysztof Ulaczyk, Lukasz Wyrzykowski, Shota Miyazaki, Daisuke Suzuki, Naoki Koshimoto, Nicholas J. Rattenbury, Matthew W. Hosek, Jr. , Akihiko Fukui, Hirosane Fujii, Yuki Hirao, Yoshitaka Itow, Rintaro Kirikawa, Iona Kondo, Yutaka Matsubara, Sho Matsumoto, Yasushi Muraki, Greg Olmschenk, Clement Ranc, Arisa Okamura, Yuki Satoh, Stela Ishitani Silva, Taiga Toda, Paul J. Tristram, Aikaterini Vandorou, Hibiki Yama, Natasha S. Abrams, Shrihan Agarwal, Sam Rose en Sean K. Terry, Aanvaar, Die Astro Journal Briewe.
arXiv: 2202.01903
Die werk van Lu en Lam word ondersteun deur die National Science Foundation (1909641) en die National Aeronautics and Space Administration (NNG16PJ26C, NASA FINESST 80NSSC21K2043).
