Обнаружено гравитационное микролинзирование сверхновая, они оставляют после себя черная дыра. Подсчитано, что примерно одна из тысячи звезд достаточно массивна, чтобы породить черную дыру. С галактика.
Статья Калифорнийского университета в Беркли
Тем не менее, черные дыры по самой своей природе бывает очень трудно обнаружить, особенно если они изолированы. В конце концов, черная дыра имеет такую мощную гравитацию, что свет не высвобождается, поэтому мы обычно обнаруживаем их по их гравитационному влиянию на другие объекты или по излучению, создаваемому окружающей материей, которую они поглощают. Без близлежащих объектов или аккрецирующей материи в нашей галактике могли бы существовать сотни миллионов черных дыр, практически невидимых для астрономов.
Если, как считают астрономы, смерть крупных звезд оставляет после себя черные дыры, то их должны быть сотни миллионов, разбросанные по галактике Млечный Путь. Проблема в том, что изолированные черные дыры невидимы.
Сейчас команда под руководством гравитационное микролинзирование.
Команда, возглавляемая аспирантом Кейси Ламом и Джессикой Лу, доцентом астрономии Калифорнийского университета в Беркли, оценивает массу невидимого компактного объекта в 1.6–4.4 раза больше массы Солнца. Поскольку астрономы считают, что остаток мертвой звезды должен быть тяжелее 2.2 массы Солнца, чтобы коллапсировать в черную дыру, исследователи Калифорнийского университета в Беркли предупреждают, что объект может быть 
Изображение далекой звезды, полученное космическим телескопом Хаббла, которое было освещено и искажено невидимым, но очень компактным и тяжелым объектом между ней и Землей. Компактный объект, масса которого, по оценкам астрономов Калифорнийского университета в Беркли, составляет от 1.6 до 4.4 массы нашего Солнца, может быть свободно плавающей черной дырой, одной из примерно 200 миллионов в галактике Млечный Путь. Предоставлено: Изображение предоставлено STScI/NASA/ESA.
«Это первая свободно плавающая черная дыра или нейтронная звезда, обнаруженная с помощью гравитационного микролинзирования», — сказал Лу. «С помощью микролинзирования мы можем исследовать эти одинокие компактные объекты и взвешивать их. Я думаю, что мы открыли новое окно в эти темные объекты, которые нельзя увидеть иначе».
Определение того, сколько из этих компактных объектов населяет галактику Млечный Путь, поможет астрономам понять эволюцию звезд — в частности, как они умирают — и нашей галактики, и, возможно, выяснить, являются ли какие-либо из невидимых черных дыр первичными черными дырами, которые некоторые космологи считают, были произведены в больших количествах во время Одни данные, разные выводы
Примечательно, что конкурирующая команда из Научного института космического телескопа (STScI) в Балтиморе проанализировала то же событие микролинзирования и утверждает, что масса компактного объекта ближе к 7.1 массы Солнца и, бесспорно, является черной дырой. Статья, описывающая анализ группы STScI под руководством Кайлаша Саху, была принята к публикации в The Astrophysical Journal.
Обе команды использовали одни и те же данные: фотометрические измерения увеличения яркости далекой звезды, когда ее свет искажался или «линзировался» сверхкомпактным объектом, и астрометрические измерения смещения местоположения далекой звезды на небе в результате гравитационного воздействия. искажения от объекта линзирования. Фотометрические данные были получены в результате двух исследований микролинзирования: эксперимента по оптическому гравитационному линзированию (OGLE), в котором используется 1.3-метровый телескоп в Чили, которым управляет Варшавский университет, и эксперимента по микролинзовым наблюдениям в астрофизике (MOA), который установлен на 1.8-метровом телескопе. метровый телескоп в Новой Зеландии, принадлежащий Осакскому университету. Астрометрические данные взяты из
Поскольку оба обзора микролинзирования зафиксировали один и тот же объект, он имеет два имени: MOA-2011-BLG-191 и OGLE-2011-BLG-0462, или сокращенно OB110462.
В то время как исследования, подобные этому, ежегодно обнаруживают около 2,000 звезд, увеличивающих яркость благодаря микролинзированию в галактике Млечный Путь, добавление астрометрических данных позволило двум командам определить массу компактного объекта и его расстояние от Земли. Команда под руководством Калифорнийского университета в Беркли подсчитала, что она находится на расстоянии от 2,280 до 6,260 световых лет (700-1920 парсеков) в направлении центра Галактики Млечный Путь и вблизи большой выпуклости, окружающей массивную черную дыру в центре галактики.
Группа STScI подсчитала, что она находится на расстоянии около 5,153 1,580 световых лет (XNUMX XNUMX парсеков) от нас.
Ищу иголку в стоге сена
Лу и Лам впервые заинтересовались объектом в 2020 году после того, как группа STScI предварительно пришла к выводу, что пять событий микролинзирования наблюдаемые Хабблом — все они длились более 100 дней и, следовательно, могли быть черными дырами — в конце концов, могли быть вызваны не компактными объектами.
Лу, которая занимается поиском свободно плавающих черных дыр с 2008 года, считает, что данные помогут ей лучше оценить их количество в галактике, которое, по приблизительным оценкам, составляет от 10 миллионов до 1 миллиарда. На сегодняшний день черные дыры размером со звезду обнаружены только в составе двойных звездных систем. Черные дыры в двойных системах видны либо в рентгеновских лучах, возникающих при падении материала звезды на черную дыру, либо в современных детекторах гравитационных волн, которые чувствительны к слиянию двух или более черных дыр. Но эти события редки.
«Мы с Кейси увидели данные и очень заинтересовались. Мы сказали: «Вау, никаких черных дыр. Это потрясающе», хотя должно было быть», — сказал Лу. «Итак, мы начали изучать данные. Если бы в данных действительно не было черных дыр, то это не соответствовало бы нашей модели того, сколько черных дыр должно быть в Млечном Пути. Что-то должно измениться в нашем понимании черных дыр — либо их количество, либо скорость их движения, либо их массы».
Когда Лам проанализировала фотометрию и астрометрию для пяти событий микролинзирования, она была удивлена тем, что одно, OB110462, имело характеристики компактного объекта: объект линзы казался темным и, следовательно, не звездой; звездное сияние длилось долго, почти 300 дней; и искажение положения фоновой звезды также было длительным.
Лам сказал, что основной информацией стала продолжительность фотосъемки. В 2020 году она показала, что лучший способ поиска микролинз черных дыр — искать очень длинные события. По ее словам, только 1% обнаруживаемых событий микролинзирования, вероятно, происходят из черных дыр, поэтому рассмотрение всех событий было бы похоже на поиск иголки в стоге сена. Но, подсчитал Лам, около 40% событий микролинзирования, которые длятся более 120 дней, скорее всего, будут черными дырами.
«Как долго длится яркое событие, это намек на то, насколько массивна линза на переднем плане, преломляющая свет звезды на заднем плане», — сказал Лам. «Долгие события более вероятны из-за черных дыр. Однако это не гарантия, потому что продолжительность эпизода осветления зависит не только от того, насколько массивна линза переднего плана, но и от того, насколько быстро линза переднего плана и звезда заднего плана движутся друг относительно друга. Однако, получив также измерения видимого положения звезды на заднем плане, мы можем подтвердить, действительно ли линза на переднем плане является черной дырой».
По словам Лу, гравитационное влияние OB110462 на свет фоновой звезды было удивительно продолжительным. В 2011 году звезде понадобился около года, чтобы достичь пика яркости, а затем примерно год, чтобы вернуться к нормальному состоянию.
Дополнительные данные помогут отличить черную дыру от нейтронной звезды
Чтобы подтвердить, что OB110462 был вызван сверхкомпактным объектом, Лу и Лам запросили у Хаббла дополнительные астрометрические данные, некоторые из которых были получены в октябре прошлого года. Эти новые данные показали, что изменение положения звезды в результате гравитационного поля линзы все еще можно наблюдать через 10 лет после события. Дальнейшие наблюдения Хаббла за микролинзой предварительно запланированы на осень 2022 года.
Анализ новых данных подтвердил, что OB110462, вероятно, была черной дырой или нейтронной звездой.
Лу и Лам подозревают, что разные выводы двух групп связаны с тем, что астрометрические и фотометрические данные дают разные измерения относительного движения объектов переднего и заднего плана. Астрометрический анализ также различается между двумя командами. Команда под руководством Калифорнийского университета в Беркли утверждает, что пока невозможно различить, является ли объект черной дырой или нейтронной звездой, но они надеются разрешить это несоответствие с помощью большего количества данных Хаббла и улучшенного анализа в будущем.
«Как бы нам ни хотелось сказать, что это определенно черная дыра, мы должны сообщить обо всех возможных решениях. Сюда входят как черные дыры с меньшей массой, так и, возможно, даже нейтронная звезда», — сказал Лу.
«Если вы не можете поверить кривой блеска, яркости, то это говорит о чем-то важном. Если вы не верите в зависимость положения от времени, это говорит вам о чем-то важном», — сказал Лам. «Итак, если один из них неправ, мы должны понять, почему. Или другая возможность заключается в том, что то, что мы измеряем в обоих наборах данных, верно, но наша модель неверна. Данные фотометрии и астрометрии возникают в результате одного и того же физического процесса, а это означает, что яркость и положение должны быть согласованы друг с другом. Значит, чего-то там не хватает. ”
Обе команды также оценили скорость сверхкомпактного линзирующего объекта. Команда Лу/Лам обнаружила относительно спокойную скорость, менее 30 километров в секунду. Команда STScI обнаружила необычно большую скорость, 45 км/с, которую они интерпретировали как результат дополнительного толчка, который предполагаемая черная дыра получила от породившей ее сверхновой.
Лу интерпретирует оценку низкой скорости своей команды как потенциальное подтверждение новой теории о том, что черные дыры не являются результатом взрыва сверхновых (это господствующее сегодня предположение), а вместо этого происходят от неудавшихся сверхновых, которые не производят яркого всплеска во Вселенной и не дают черного цвета. отверстие удар.
Ссылка: «Изолированная черная дыра или нейтронная звезда с массовой щелью, обнаруженная с помощью астрометрического микролинзирования» Кейси Ю. Лам, Джессика Р. Лу, Анджей Удальски, Ян Бонд, Дэвид П. Беннетт, Ян Сковрон, Пшемек Мроз, Радек Полески, Такахиро Суми , Михал К. Шимански, Шимон Козловски, Павел Петрукович, Игорь Сошински, Кшиштоф Улачик, Лукаш Выжиковски, Шота Миядзаки, Дайсуке Сузуки, Наоки Косимото, Николас Дж. Раттенбери, Мэтью В. Хосек мл., Фумио Абэ, Ричард Бэрри, Апарна Бхаттачарья , Акихико Фукуи, Хиросане Фуджи, Юки Хирао, Ёситака Итоу, Ринтаро Кирикава, Иона Кондо, Ютака Мацубара, Сё Мацумото, Ясуси Мураки, Грег Олмщенк, Клемент Ранк, Ариса Окамура, Юки Сато, Стела Иситани Сильва, Тайга Тода, Пол Дж. Тристрам, Айкатерини Вандору, Хибики Яма, Наташа С. Абрамс, Шрихан Агарвал, Сэм Роуз и Шон К. Терри, Принято, Астрофизические Журнальные Письма.
Arxiv: 2202.01903
Работа Лу и Лама поддерживается Национальным научным фондом (1909641) и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NNG16PJ26C, NASA FINESST 80NSSC21K2043).
