З'являється гравітаційне мікролінзування наднової, вони залишають після себе a Чорна діра. Вважається, що приблизно одна з тисячі зірок достатньо масивна, щоб народити чорну діру. З галактика.
Стаття Каліфорнійського університету в Берклі
Проте чорні діри за своєю природою дуже важко виявити, особливо якщо вони ізольовані. Зрештою, чорна діра має таку потужну гравітацію, що світло не вислизає, тому ми зазвичай виявляємо їх за їх гравітаційним впливом на інші об’єкти або випромінюванням, створеним навколишньою речовиною, яку вони пожирають. Без довколишніх об’єктів або нарощується матерії в нашій галактиці можуть бути сотні мільйонів чорних дір, які по суті невидимі для астрономів.
Якщо, як вважають астрономи, смерть великих зірок залишить після себе чорні діри, їх повинні бути сотні мільйонів, розкиданих по всій галактиці Чумацький Шлях. Проблема в тому, що ізольовані чорні діри невидимі.
Тепер команда на чолі з гравітаційне мікролінзування.
Команда на чолі з аспірантом Кейсі Лемом і Джесікою Лу, доцентом астрономії Каліфорнійського університету в Берклі, вважає, що маса невидимого компактного об’єкта в 1.6-4.4 рази більше, ніж у Сонця. Оскільки астрономи вважають, що залишки мертвої зірки повинні бути важчими за 2.2 маси Сонця, щоб впасти в чорну діру, дослідники з Каліфорнійського університету в Берклі попереджають, що об’єкт міг бути 
Зображення космічного телескопа Хаббл віддаленої зірки, яка була освітлена і спотворена невидимим, але дуже компактним і важким об’єктом між нею і Землею. Компактний об’єкт — за оцінками астрономів Каліфорнійського університету в Берклі, у 1.6–4.4 рази перевищує масу нашого Сонця — може бути вільно плаваючою чорною дірою, однією з, можливо, 200 мільйонів у галактиці Чумацький Шлях. Авторство: Зображення надано STScI/NASA/ESA
«Це перша вільно плаваюча чорна діра або нейтронна зірка, відкрита за допомогою гравітаційного мікролінзування», — сказав Лу. «За допомогою мікролінзування ми можемо зондувати ці самотні компактні об’єкти та зважувати їх. Я думаю, що ми відкрили нове вікно для цих темних об’єктів, які неможливо побачити інакше».
Визначення того, скільки з цих компактних об’єктів населяє галактику Чумацький Шлях, допоможе астрономам зрозуміти еволюцію зірок — зокрема, як вони вмирають — і нашої галактики, і, можливо, виявить, чи є якісь з невидимих чорних дір первинними чорними дірами, які деякі космологи вважають, що були вироблені у великих кількостях під час Ті самі дані, різні висновки
Примітно, що конкуруюча група з Наукового інституту космічного телескопа (STScI) у Балтіморі проаналізувала ту саму подію мікролінзування та стверджує, що маса компактного об’єкта ближча до 7.1 маси Сонця та, безсумнівно, є чорною дірою. Стаття, що описує аналіз команди STScI під керівництвом Кайлаша Саху, була прийнята до публікації в Астрофізичний журнал.
Обидві команди використовували однакові дані: фотометричні вимірювання яскравості віддаленої зірки, коли її світло було спотворено або «лінзовано» надкомпактним об’єктом, і астрометричні вимірювання зміщення розташування віддаленої зірки на небі в результаті гравітаційного тяжіння. спотворення об'єктом лінзування. Фотометричні дані були отримані з двох мікролінзових досліджень: експерименту з оптичним гравітаційним лінзуванням (OGLE), який використовує 1.3-метровий телескоп у Чилі Варшавського університету, і експерименту з мікролінзуванням в астрофізиці (MOA), який встановлено на 1.8-метровому телескопі. метровий телескоп у Новій Зеландії, яким керує Осакський університет. Астрометричні дані надійшли з
Оскільки обидва дослідження мікролінзування фіксували один і той же об’єкт, він має дві назви: MOA-2011-BLG-191 і OGLE-2011-BLG-0462, або скорочено OB110462.
У той час як подібні дослідження щороку виявляють близько 2,000 зірок, які освітлюються мікролінзом щороку в галактиці Чумацький Шлях, додавання астрометричних даних дозволило двом командам визначити масу компактного об’єкта та його відстань від Землі. Команда під керівництвом Каліфорнійського університету в Берклі підрахувала, що вона знаходиться на відстані від 2,280 до 6,260 світлових років (700-1920 парсек) від нас, у напрямку до центру галактики Чумацький Шлях і поблизу великої опуклості, яка оточує центральну масивну чорну діру галактики.
Група STScI підрахувала, що вона знаходиться на відстані приблизно 5,153 світлових років (1,580 парсеків).
Шукаю голку в копиці сіна
Лу і Лам вперше зацікавилися об’єктом у 2020 році після того, як команда STScI попередньо прийшла до висновку, що п'ять подій мікролінзування Спостереження Хаббла (все це тривало більше 100 днів і, отже, могло бути чорними дірами), можливо, все-таки не спричинено компактними об’єктами.
Лу, яка шукала вільно плаваючі чорні діри з 2008 року, думала, що ці дані допоможуть їй краще оцінити їх кількість у галактиці, яка приблизно оцінюється від 10 мільйонів до 1 мільярда. На сьогоднішній день чорні діри розміром зі зірку були знайдені лише як частина подвійних зоряних систем. Чорні діри в подвійних системах можна побачити або в рентгенівських променях, які утворюються, коли матеріал із зірки падає на чорну діру, або за допомогою новітніх детекторів гравітаційних хвиль, які чутливі до злиття двох або більше чорних дір. Але ці події рідкісні.
«Ми з Кейсі побачили дані, і ми дуже зацікавилися. Ми сказали: «Вау, ніяких чорних дір». Це дивовижно, хоча так мало бути», – сказав Лу. «І ось ми почали переглядати дані. Якби в даних дійсно не було чорних дір, то це не відповідало б нашій моделі, скільки чорних дір має бути в Чумацького Шляху. Щось має змінитися в нашому розумінні чорних дір — чи то їх кількість, чи швидкість, чи їхню масу».
Коли Лем проаналізувала фотометрію та астрометрію для п’яти подій мікролінзування, вона була здивована, що один, OB110462, мав характеристики компактного об’єкта: лінзуючий об’єкт здавався темним, а отже, не зіркою; зоряне просвітлення тривало довго, майже 300 днів; і спотворення положення фонової зірки також було тривалим.
Основною підказкою, сказав Лем, була тривалість заходу лінзи. У 2020 році вона показала, що найкращий спосіб шукати мікролінзи чорних дір – це шукати дуже тривалі події. За її словами, лише 1% виявлених подій мікролінзування, ймовірно, відбуваються з чорних дір, тому дивитися на всі події було б як шукати голку в стозі сіна. Але, підрахував Лам, близько 40% подій мікролінзування, які тривають понад 120 днів, ймовірно, будуть чорними дірами.
«Скільки часу, що триває подія освітлення, є натяком на те, наскільки масивною є лінза переднього плану, що вигинає світло фонової зірки», — сказав Лем. «Довгі події більш імовірні через чорні діри. Однак це не гарантія, тому що тривалість епізоду освітлення залежить не тільки від того, наскільки масивна лінза переднього плану, а й від того, наскільки швидко лінза переднього плану та фонова зірка рухаються один відносно одного. Однак, також вимірюючи видиме положення фонової зірки, ми можемо підтвердити, чи дійсно лінза переднього плану є чорною дірою».
За словами Лу, гравітаційний вплив OB110462 на світло фонової зірки був дивовижно тривалим. Знадобився приблизно один рік, щоб зірка стала яскравішою до свого піку в 2011 році, а потім приблизно через рік, щоб повернутися до нормального стану.
Більше даних дозволить відрізнити чорну діру від нейтронної зірки
Щоб підтвердити, що OB110462 був викликаний суперкомпактним об’єктом, Лу і Лем попросили у Хаббла більше астрометричних даних, деякі з яких надійшли в жовтні минулого року. Ці нові дані показали, що зміна положення зірки в результаті гравітаційного поля лінзи все ще спостерігається через 10 років після події. Подальші спостереження Хаббла за мікролінзою орієнтовно заплановані на осінь 2022 року.
Аналіз нових даних підтвердив, що OB110462, ймовірно, була чорною дірою або нейтронною зіркою.
Лу і Лам підозрюють, що різні висновки обох команд пов'язані з тим, що астрометричні та фотометричні дані дають різні вимірювання відносних рухів об'єктів переднього і заднього плану. Астрометричний аналіз також відрізняється між двома командами. Команда під керівництвом Каліфорнійського університету в Берклі стверджує, що поки що неможливо відрізнити, чи є об’єкт чорною дірою чи нейтронною зіркою, але вони сподіваються усунути розбіжність за допомогою більшої кількості даних Хаббла та покращеного аналізу в майбутньому.
«Як би ми не хотіли сказати, що це безперечно чорна діра, ми повинні повідомити про всі дозволені рішення. Це включає як чорні діри меншої маси, так і, можливо, навіть нейтронну зірку», – сказав Лу.
«Якщо ви не можете повірити в криву освітленості, яскравість, то це говорить про щось важливе. Якщо ви не вірите в залежність позиції від часу, це говорить вам про щось важливе», – сказав Лем. «Отже, якщо хтось із них помиляється, ми повинні зрозуміти, чому. Або інша можливість полягає в тому, що те, що ми вимірюємо в обох наборах даних, є правильним, але наша модель є неправильною. Дані фотометрії та астрометрії виникають в результаті одного фізичного процесу, що означає, що яскравість і положення повинні узгоджуватися один з одним. Значить, там чогось не вистачає. ”
Обидві команди також оцінили швидкість суперкомпактного об’єкта лінзи. Команда Лу/Лам виявила відносно спокійну швидкість, менше 30 кілометрів на секунду. Команда STScI виявила надзвичайно велику швидкість, 45 км/с, що вона інтерпретувала як результат додаткового удару, який передбачувана чорна діра отримала від наднової, яка її породила.
Лу інтерпретує оцінку низької швидкості її команди як потенційну підтримку нової теорії про те, що чорні діри не є результатом наднових зір, як нині панує припущення, а натомість походять із невдалих наднових, які не роблять яскравого сплеску у Всесвіті та не дають чорного кольору. дірка ногою.
Довідка: «Чорна діра ізольованою масою або нейтронна зірка виявлена за допомогою астрометричного мікролінзування» Кейсі Ю. Лем, Джессіка Р. Лу, Анджей Удальський, Ян Бонд, Девід П. Беннетт, Ян Сковрон, Пшемек Мроз, Радек Полескі, Такахіро Сумі , Michal K. Szymanski, Szymon Kozlowski, Pawel Pietrukowicz, Igor Soszynski, Krzysztof Ulaczyk, Lukasz Wyrzykowski, Shota Miyazaki, Daisuke Suzuki, Naoki Koshimoto, Nicholas J. Rattenbury, Matthew A Hosek J. Richard, B. , Акіхіко Фукуі, Хіросане Фудзі, Юкі Хірао, Йошітака Ітоу, Рінтаро Кірікава, Іона Кондо, Ютака Мацубара, Шо Мацумото, Ясуші Муракі, Грег Олмшенк, Клемент Ранк, Аріса Окамура, Юкі Сато, Стела Ішітані Сілва, Пол Тай. Трістрам, Акатеріні Вандору, Хібікі Яма, Наташа С. Абрамс, Шріхан Агарвал, Сем Роуз і Шон К. Террі, прийнято, Листи астрофізичних журналів.
arXiv: 2202.01903
Роботи Лу і Лама підтримуються Національним науковим фондом (1909641) і Національним управлінням з аеронавтики і дослідження космічного простору (NNG16PJ26C, NASA FINESST 80NSSC21K2043).
