Este posibil ca astronomii să fi descoperit o căldură „întunecată”.

Dacă moartea stelelor mari lasă în urmă găuri negre, așa cum cred astronomii, ar trebui să existe sute de milioane de ele împrăștiate în toată Calea Lactee. Problema este că găurile negre izolate nu sunt vizibile.

Acum, o echipă condusă de Universitatea din California, Berkeley, astronomii au descoperit pentru prima dată ceea ce ar putea fi o gaură neagră care plutește liber, observând luminozitatea unei stele îndepărtate în timp ce lumina sa este distorsionată de câmpul gravitațional puternic al unui obiect – prin urmare – numită microgravitație.

Echipa este condusă de studentul absolvent Casey Lam și Jessica LowUn profesor asociat de astronomie la Universitatea din California, Berkeley, estimează că masa obiectului compact invizibil este între 1,6 și 4,4 ori masa Soarelui. Deoarece astronomii cred că rămășițele unei stele moarte trebuie să fie mai grele decât 2,2 mase solare pentru a se prăbuși într-o gaură neagră, cercetătorii de la UC Berkeley avertizează că obiectul ar putea fi mai degrabă o stea neutronică decât o gaură neagră. Stelele neutronice sunt, de asemenea, obiecte foarte dense și compacte, dar gravitația lor este echilibrată de presiunea internă a neutronilor, ceea ce previne prăbușirea în continuare într-o gaură neagră.

Fie că este vorba despre o gaură neagră sau o stea cu neutroni, obiectul este prima rămășiță stelară întunecată – o „fantomă” stelară – descoperită rătăcind prin galaxie neasociată cu o altă stea.

„Aceasta este prima gaură neagră plutitoare sau stea neutronică care este detectată de lentile microgravitaționale”, a spus Lu. „Folosind o lentilă mai fină, putem examina și cântări aceste obiecte izolate, comprimate. Cred că am deschis o nouă fereastră asupra acestor obiecte întunecate, care nu pot fi văzute în alt mod”.

Determinarea câte dintre aceste obiecte compacte locuiesc în Calea Lactee îi va ajuta pe astronomi să înțeleagă evoluția stelelor – în special, modul în care acestea mor – și evoluția galaxiei noastre, dezvăluind posibil dacă vreuna dintre găurile negre nevăzute sunt găuri negre primordiale, pe care el consideră Unii cosmologi cred că în timpul Big Bang-ului au fost produse cantități mari.

Analiza lui Lam, Lu și a echipei lor internaționale a fost acceptată pentru publicare în Scrisori din jurnalul astrofizic. Analiza include alte patru evenimente de microlensing despre care echipa a concluzionat că nu au fost cauzate de o gaură neagră, deși două sunt probabil cauzate de o pitică albă sau de o stea neutronică. Echipa a concluzionat, de asemenea, că numărul probabil de găuri negre din galaxie este de 200 de milioane – cam la ceea ce se așteptau majoritatea teoreticienilor.

Aceleași date, concluzii diferite

În special, o echipă concurentă de la Institutul de Știință al Telescopului Spațial (STScI) din Baltimore a analizat același eveniment de microlensing și a susținut că masa obiectului compact este mai aproape de 7,1 mase solare și de o gaură neagră incontestabilă. Lucrare care descrie analiza de către echipa STScI condusă de Kailash Sahua fost acceptat pentru publicare în Jurnalul de astrofizică.

Ambele echipe au folosit aceleași date: măsurători fotometrice ale luminozității unei stele îndepărtate, deoarece lumina acesteia a fost distorsionată sau „reflectată” de obiectul puternic comprimat și măsurători astronomice ale schimbării poziției stelei îndepărtate pe cer ca urmare a gravitației. distorsiuni de către obiectul lentilei. Datele optice au provenit din două sondaje cu microlens: Optical Gravitational Lens Experiment (OGLE), care folosește un telescop de 1,3 metri în Chile, operat de Universitatea din Varșovia, și Microlens observations in Astrophysics (MOA), care este montat pe un 1,8 metri. -telescop metru în Noua Zeelandă operat de Universitatea din Varşovia.Universitatea Osaka. Datele astronomice au venit de la telescopul spațial Hubble al NASA. STScI gestionează programul științific al telescopului și își conduce operațiunile științifice.

Deoarece ambele lentile de recunoaștere de precizie au capturat același obiect, acesta are două denumiri: MOA-2011-BLG-191 și OGLE-2011-BLG-0462, sau OB110462, pe scurt.

În timp ce sondaje ca acesta descoperă aproximativ 2.000 de stele strălucitoare prin microlensare în fiecare an în Calea Lactee, adăugarea datelor astronomice a permis celor două echipe să determine masa obiectului compact și distanța față de Pământ. Echipa condusă de Universitatea din California, Berkeley, a estimat că este situată între 2.280 și 6.260 de ani lumină distanță (700-1920 parsecs), spre centrul Căii Lactee și în apropierea umflăturii mari care înconjoară negru supermasiv central al galaxiei. gaură.

S-a estimat că clusterul STScI se află la aproximativ 5.153 de ani lumină (1.580 parsecs) distanță.

Caut un ac într-un car de fân

Lou și Lam s-au interesat pentru prima dată de corp în 2020, după ce echipa STScI a concluzionat inițial că Cinci evenimente de microlensare Cele observate de Hubble – toate acestea au durat mai mult de 100 de zile și, prin urmare, ar putea fi găuri negre – probabil că nu sunt cauzate deloc de obiecte compacte.

Lu, care caută găuri negre care se mișcă liber din 2008, a crezut că datele o vor ajuta să estimeze mai bine abundența lor în galaxie, care a fost estimată la aproximativ 10 milioane și 1 miliard. Până acum, doar găurile negre de mărimea unei stele au fost găsite ca parte a sistemelor stelare binare. Găurile negre sunt văzute în binare fie în raze X, care sunt produse atunci când materialul dintr-o stea cade pe o gaură neagră, fie de detectoare moderne de unde gravitaționale, care sunt sensibile la fuziunea a două sau mai multe găuri negre. Dar aceste evenimente sunt rare.

„Eu și Casey am urmărit datele și ne-am interesat cu adevărat. Am spus: „Uau, nu există găuri negre”, a spus Lu. Este uimitor, „chiar dacă ar fi trebuit să fie acolo”. „Și așa, am început să ne uităm la date. Dacă într-adevăr nu ar exista găuri negre în date, acest lucru nu s-ar potrivi cu modelul nostru de câte găuri negre ar trebui să fie în Calea Lactee. Ar trebui să se schimbe ceva în înțelegerea neagră. găuri – fie numărul, viteza sau masa lor.”

Când Lahm a analizat fotometrica și astrometria evenimentelor lentilelor de cinci minute, am fost surprins că unul, OB110462, avea caracteristicile unui corp compact: corpul lentilei părea întunecat și, prin urmare, nu era o stea; luminozitatea stelară a durat mult timp, aproape 300 de zile; Distorsiunea poziției stelei de fundal a fost, de asemenea, pe termen lung.

Lamm a spus că durata evenimentului obiectivului a fost sfatul principal. În 2020, a arătat că cel mai bun mod de a căuta microlentile pentru găuri negre este să cauți evenimente foarte lungi. Doar 1% dintre evenimentele minute care pot fi detectate sunt probabil din găuri negre, a spus ea, așa că a privi toate evenimentele ar fi ca și cum ați căuta un ac într-un car de fân. Dar, potrivit lui Lamm, aproximativ 40% dintre evenimentele de microlensare care durează mai mult de 120 de zile sunt probabil găuri negre.

„Cât timp durează evenimentul luminos este un indiciu asupra cât de masivă îndoaie lentila din prim-plan lumina stelei de fundal”, a spus Lamm. „Evenimentele mai lungi se datorează cel mai probabil găurilor negre. Aceasta nu este o garanție, deoarece durata inelului luminos depinde nu numai de cât de masivă este lentila din prim-plan, ci și de cât de repede se mișcă lentila din prim-plan și steaua din fundal în raport cu Cu toate acestea, obținând și măsurători pentru locația aparentă a stelei din fundal, putem confirma dacă lentila din prim-plan este într-adevăr o gaură neagră.”

Potrivit lui Lu, efectul gravitațional al OB110462 asupra luminii stelei de fundal a fost surprinzător de lung. A fost nevoie de aproximativ un an pentru ca vedeta să ajungă la apogeu în 2011, iar apoi aproximativ un an pentru a reveni la normal.

Mai multe date vor distinge o gaură neagră de o stea neutronică

Pentru a confirma că OB110462 a rezultat dintr-un obiect extrem de compact, Low și Lam au cerut mai multe date astronomice de la Hubble, dintre care unele au ajuns în octombrie anul trecut. Aceste noi date au arătat că schimbarea poziției stelei din cauza câmpului gravitațional al lentilei ar putea fi observată încă la 10 ani după eveniment. Mai multe observații Hubble ale microlenselor sunt programate provizoriu pentru toamna lui 2022.

Analiza noilor date a confirmat că OB110462 a fost cel mai probabil o gaură neagră sau o stea neutronică.

Low și Lam bănuiesc că concluziile diferite ale celor două echipe se datorează faptului că datele astronomice și fotometrice oferă măsuri diferite ale mișcărilor relative ale obiectelor din față și din spate. Analiza astrologică diferă și între cele două echipe. Echipa UC Berkeley susține că nu este încă posibil să se distingă dacă obiectul este o gaură neagră sau o stea neutronică, dar speră să rezolve discrepanța cu mai multe date Hubble și cu analize îmbunătățite în viitor.

„Oricât de mult am spune că este o gaură neagră, ar trebui să raportăm toate soluțiile permise”, a spus Lu. „Aceasta include atât găurile negre de masă mai mică, cât și poate chiar o stea neutronică”.

„Dacă nu poți să crezi curba luminii, luminozitatea, asta înseamnă ceva important. Dacă nu poți crede situația față de timp, asta îți spune ceva important”, a spus Lamm. „Deci, dacă unul dintre ele este greșit, trebuie să înțelegem de ce. Sau o altă posibilitate este ca ceea ce măsurăm în cele două seturi de date este corect, dar modelul nostru este incorect. Datele fotometrice și astrometrice provin din același proces fizic, ceea ce înseamnă că luminozitatea și poziția trebuie să fie consecvente. Una cu cealaltă. Așadar, lipsește ceva acolo.”

Ambele grupuri au estimat, de asemenea, viteza corpului lentilei ultrafine. Echipa Lu/Lam a găsit o viteză relativ moderată, mai puțin de 30 de kilometri pe secundă. Echipa STScI a găsit o viteză neobișnuit de mare, 45 km/s, pe care a interpretat-o ​​ca rezultat al unei lovituri suplimentare pe care așa-numita gaură neagră a primit-o de la supernova pe care a generat-o.

Low interpretează estimarea vitezei reduse a echipei sale ca un posibil sprijin pentru o nouă teorie conform căreia găurile negre nu sunt rezultatul supernovelor – ipoteza predominantă astăzi – ci provin din supernove eșuate care nu fac o stropire strălucitoare în univers și nu dau rezultatul rezultat. gaură neagră o lovitură.

Lucrarea lui Lu și Lam este susținută de Fundația Națională pentru Știință (1909641) și Administrația Națională de Aeronautică și Spațiu (NNG16PJ26C, NASA FINNESS 80NSSC21K2043).