Gravitační mikročočky se objevují supernova, zanechávají za sebou a černá díra. Odhaduje se, že asi jedna z tisíce hvězd je dostatečně hmotná, aby dala vzniknout černé díře. s galaxie.
Článek Kalifornské univerzity – Berkeley
Přesto může být ze své podstaty velmi těžké odhalit černé díry, zvláště pokud jsou izolované. Černá díra má totiž tak silnou gravitaci, že z ní světlo neuniká, takže je obecně detekujeme jejich gravitačním vlivem na jiné objekty nebo zářením vytvářeným okolní hmotou, kterou požírá. Bez blízkých objektů nebo přibývající hmoty by v celé naší galaxii mohly být stovky milionů černých děr, které jsou pro astronomy v podstatě neviditelné.
Pokud, jak se astronomové domnívají, smrt velkých hvězd zanechá černé díry, měly by jich být po celé galaxii Mléčné dráhy rozptýleny stovky milionů. Problém je, že izolované černé díry jsou neviditelné.
Nyní tým vedený gravitační mikročočky.
Tým vedený postgraduálním studentem Caseym Lamem a Jessicou Lu, docentkou astronomie na UC Berkeley, odhaduje, že hmotnost neviditelného kompaktního objektu je 1.6 až 4.4krát větší než hmotnost Slunce. Protože se astronomové domnívají, že pozůstatek mrtvé hvězdy musí být těžší než 2.2 hmotnosti Slunce, aby se zhroutil do černé díry, vědci z UC Berkeley varují, že objekt by mohl být 
Snímek vzdálené hvězdy z Hubbleova vesmírného dalekohledu, která byla zjasněna a zkreslena neviditelným, ale velmi kompaktním a těžkým objektem mezi ní a Zemí. Kompaktní objekt – který astronomové z UC Berkeley odhadují na 1.6 až 4.4 násobek hmotnosti našeho Slunce – by mohla být volně plovoucí černá díra, jedna z asi 200 milionů v galaxii Mléčná dráha. Kredit: Obrázek se svolením STScI/NASA/ESA
"Toto je první volně plovoucí černá díra nebo neutronová hvězda objevená pomocí gravitační mikročočky," řekl Lu. „S mikročočkami jsme schopni tyto osamělé, kompaktní objekty zkoumat a vážit je. Myslím, že jsme otevřeli nové okno do těchto temných objektů, které nelze jinak vidět.“
Určení, kolik z těchto kompaktních objektů obývá galaxii Mléčná dráha, pomůže astronomům porozumět vývoji hvězd – zejména toho, jak umírají – a naší galaxie, a možná odhalí, zda některá z neviditelných černých děr jsou prvotními černými dírami. kosmologové se domnívají, že byly vyrobeny ve velkém množství během Stejná data, různé závěry
Je pozoruhodné, že konkurenční tým z Space Telescope Science Institute (STScI) v Baltimoru analyzoval stejnou mikročočkovou událost a tvrdí, že hmotnost kompaktního objektu je blíže k 7.1 hmotnosti Slunce a nesporně černé díře. Článek popisující analýzu týmu STScI pod vedením Kailashe Sahu byl přijat k publikaci v roce Astrofyzikální žurnál.
Oba týmy použily stejná data: fotometrická měření zjasnění vzdálené hvězdy, když její světlo bylo zkresleno nebo „čočkováno“ superkompaktním objektem, a astrometrická měření posunu polohy vzdálené hvězdy na obloze v důsledku gravitace. zkreslení čočkovým předmětem. Fotometrická data pocházejí ze dvou mikročočkových průzkumů: Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), který využívá 1.3metrový dalekohled v Chile provozovaný Varšavskou univerzitou, a experiment Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), který je namontován na 1.8- metrový dalekohled na Novém Zélandu provozovaný univerzitou v Osace. Astrometrické údaje pocházely z
Protože oba mikročočkové průzkumy zachytily stejný objekt, má dva názvy: MOA-2011-BLG-191 a OGLE-2011-BLG-0462, nebo zkráceně OB110462.
Zatímco průzkumy, jako jsou tyto, objeví v galaxii Mléčná dráha každý rok asi 2,000 2,280 hvězd zjasněných mikročočkami, přidání astrometrických dat umožnilo oběma týmům určit hmotnost kompaktního objektu a jeho vzdálenost od Země. Tým pod vedením UC Berkeley odhadl, že leží ve vzdálenosti 6,260 až 700 světelných let (1920-XNUMX parseků), ve směru do středu galaxie Mléčná dráha a poblíž velké vybouleniny, která obklopuje centrální masivní černou díru galaxie.
Skupina STScI odhadla, že leží asi 5,153 1,580 světelných let (XNUMX XNUMX parseků) daleko.
Hledá se jehla v kupce sena
Lu a Lam se o objekt poprvé začali zajímat v roce 2020 poté, co tým STScI předběžně dospěl k závěru, že pět mikročoček pozorované HST – které všechny trvaly déle než 100 dní, a mohly to tedy být černé díry – nakonec nemusí být způsobeny kompaktními objekty.
Lu, která od roku 2008 hledala volně plovoucí černé díry, si myslela, že jí data pomohou lépe odhadnout jejich početnost v galaxii, která se odhaduje zhruba na 10 milionů až 1 miliardu. Dosud byly černé díry hvězdné velikosti nalezeny pouze jako součást binárních hvězdných systémů. Černé díry v dvojhvězdách jsou vidět buď v rentgenovém záření, které vzniká při dopadu materiálu z hvězdy na černou díru, nebo pomocí nedávných detektorů gravitačních vln, které jsou citlivé na sloučení dvou nebo více černých děr. Ale tyto události jsou vzácné.
"Casey a já jsme viděli data a opravdu nás to zajímalo." Řekli jsme: ‚Wow, žádné černé díry. To je úžasné, i když to tak mělo být,“ řekl Lu. "A tak jsme začali zkoumat data." Pokud by v datech skutečně nebyly žádné černé díry, pak by to neodpovídalo našemu modelu pro počet černých děr v Mléčné dráze. Něco by se muselo změnit v našem chápání černých děr – buď jejich počet, nebo jak rychle se pohybují, nebo jejich hmotnosti.
Když Lamová analyzovala fotometrii a astrometrii pro pět mikročočkových událostí, byla překvapena, že jedna, OB110462, měla vlastnosti kompaktního objektu: Objekt čočky se zdál tmavý, a tedy ne hvězda; hvězdné zjasnění trvalo dlouho, téměř 300 dní; a zkreslení pozice hvězdy v pozadí bylo také dlouhodobé.
Délka čočkové akce byla hlavním tipem, řekl Lam. V roce 2020 ukázala, že nejlepší způsob, jak hledat mikročočky černé díry, je hledat velmi dlouhé události. Pouze 1 % detekovatelných mikročoček pravděpodobně pochází z černých děr, řekla, takže dívat se na všechny události by bylo jako hledat jehlu v kupce sena. Ale Lam vypočítal, že asi 40 % mikročočkových událostí, které trvají déle než 120 dní, budou pravděpodobně černé díry.
"Jak dlouho trvá zjasnění je náznak toho, jak masivní je čočka v popředí ohýbající světlo hvězdy v pozadí," řekl Lam. „Dlouhé události jsou pravděpodobně způsobeny černými dírami. Není to však záruka, protože trvání epizody rozjasnění nezávisí pouze na tom, jak masivní je čočka v popředí, ale také na tom, jak rychle se čočka v popředí a hvězda v pozadí vzájemně pohybují. Nicméně tím, že také získáme měření zdánlivé polohy hvězdy v pozadí, můžeme potvrdit, zda je čočka v popředí skutečně černá díra.“
Podle Lu byl gravitační vliv OB110462 na světlo hvězdy v pozadí úžasně dlouhý. Trvalo asi jeden rok, než se hvězda v roce 2011 rozjasnila na svůj vrchol, pak asi rok, než se ztmavila zpět do normálu.
Více údajů odliší černou díru od neutronové hvězdy
Aby se potvrdilo, že OB110462 byl způsoben superkompaktním objektem, Lu a Lam požádali o další astrometrická data z HST, z nichž některá dorazila loni v říjnu. Tato nová data ukázala, že změna polohy hvězdy v důsledku gravitačního pole čočky je stále pozorovatelná 10 let po události. Další pozorování mikročočky HST jsou předběžně naplánována na podzim roku 2022.
Analýza nových dat potvrdila, že OB110462 byla pravděpodobně černá díra nebo neutronová hvězda.
Lu a Lam se domnívají, že rozdílné závěry obou týmů jsou způsobeny tím, že astrometrická a fotometrická data poskytují různé míry relativních pohybů objektů v popředí a pozadí. Astrometrická analýza se také mezi těmito dvěma týmy liší. Tým pod vedením UC Berkeley tvrdí, že zatím není možné rozlišit, zda je objekt černou dírou nebo neutronovou hvězdou, ale doufají, že tento rozpor vyřeší více daty z HST a v budoucnu se zlepší analýza.
„Jakkoli bychom rádi řekli, že je to definitivně černá díra, musíme hlásit všechna povolená řešení. To zahrnuje jak černé díry s nižší hmotností, tak možná i neutronovou hvězdu,“ řekl Lu.
"Pokud nemůžete uvěřit světelné křivce, jasu, pak to říká něco důležitého." Pokud nevěříte, že pozice versus čas, říká vám to něco důležitého,“ řekl Lam. "Takže pokud se jeden z nich mýlí, musíme pochopit proč." Nebo druhá možnost je, že to, co měříme v obou souborech dat, je správné, ale náš model je nesprávný. Fotometrická a astrometrická data pocházejí ze stejného fyzikálního procesu, což znamená, že jas a poloha musí být vzájemně konzistentní. Takže tam něco chybí. “
Oba týmy také odhadly rychlost superkompaktního čočky. Tým Lu/Lam zjistil relativně klidnou rychlost, méně než 30 kilometrů za sekundu. Tým STScI našel neobvykle velkou rychlost, 45 km/s, kterou interpretoval jako výsledek dalšího kopnutí, které údajná černá díra dostala od supernovy, která ji vygenerovala.
Lu interpretuje odhad nízké rychlosti svého týmu jako potenciálně podporující novou teorii, že černé díry nejsou výsledkem supernov – dnes vládnoucí předpoklad – ale místo toho pocházejí z neúspěšných supernov, které ve vesmíru nevytvářejí jasný šplouch ani nedávají výslednou černou barvu. díra kop.
Odkaz: “Izolovaná hmotnostní mezera černá díra nebo neutronová hvězda detekovaná astrometrickým mikročočkami” od 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., A Richard Fumitoparna B. , 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, Silva, Paul, Stela Ishitani, J. Tashitani Tristram, Aikaterini Vandorou, Hibiki Yama, Natasha S. Abrams, Shrihan Agarwal, Sam Rose a Sean K. Terry, přijato, Astrofyzikální dopisy v časopisech.
arXiv: 2202.01903
Práce Lu a Lama je podporována National Science Foundation (1909641) a National Aeronautics and Space Administration (NNG16PJ26C, NASA FINESST 80NSSC21K2043).
