Черните дупки са една от най-страхотните и мистериозни сили на природата. В същото време те са основни за нашето разбиране за астрофизиката. Черните дупки не само са резултат от особено масивни звезди, които отиват свръхнова в края на живота си, но и са от ключово значение за нашето разбиране на общата относителност и се смята, че са играли роля в космическата еволюция.
Поради това астрономите много години старателно се опитват да създадат преброяване на черните дупки в галактиката Млечен път. Новите изследвания обаче сочат, че астрономите може да са пренебрегнали цял клас черни дупки. Това идва от скорошно откритие, в което екип от астрономи наблюдава черна дупка, която е малко над три слънчеви маси, което я прави най-малката черна дупка, открита до момента.
Изследването „Неинтерактивна бинна система с ниска маса - гигантска звезда“ наскоро се появи в списанието Science. Отговорен екип беше ръководен от астрономи от Охайоския държавен университет и включваше членове от Харвард-Смитсонския център за астрофизика, Обсерваториите на Института за наука в Карнеги, Центъра за тъмна космология и множество обсерватории и университети.
Откритието беше особено забележително, тъй като идентифицира обект, за който астрофизиците преди не са знаели, че съществуват. В резултат на това учените са принудени да преразгледат онова, което смятали, че знаят за популацията на черни дупки в нашата галактика. Както обясни Тод Томпсън, професор по астрономия в Държавния университет в Охайо и водещ автор на изследването:
„Показваме този намек, че има друга популация там, която все още не трябва да проучим в търсенето на черни дупки. Хората се опитват да разберат експлозии на свръхнови, как експлодират свръхмасивни черни звезди, как се образуват елементите в свръхмасивни звезди. Така че, ако можем да разкрием нова популация от черни дупки, това би ни казало повече за това кои звезди избухват, кои не, кои черни дупки, които образуват неутронни звезди. Това отваря нова област на изучаване. "
Поради влиянието, което имат върху пространството и времето, астрономите отдавна търсят черни дупки и неутронни звезди. Тъй като те също са какви са резултатите, когато звездите умират, те биха могли също така да предоставят информация за жизнените цикли на звездите и как се образуват елементи. За да направят това, астрономите първо трябва да определят къде се намират черните дупки в нашата галактика, което изисква те да знаят какво да търсят.
Един от начините да ги намерите е да потърсите двоични системи, при които две звезди са заключени в орбита помежду си поради взаимната си гравитация. Когато една от тези звезди претърпи гравитационен срив в края на живота си, тя или ще се срути, образувайки неутронна звезда, или черна дупка. Ако придружителната звезда е достигнала фазата на Червения клон (RBP) от своята еволюция, тя ще се разшири значително.
Това разширяване ще доведе до това червеният гигант да стане обект на неговата черна дупка или неутронна звезда. Това ще доведе до издърпване на материала от повърхността на първия и бавно потребление от втория. Това се доказва от топлината и рентгеновите лъчи, които се излъчват, тъй като материал от звездата се аккредира върху нейния спътник в черна дупка.
Досега всички черни дупки в нашата галактика, идентифицирани от астрономите, са били между пет и петнадесет слънчеви маси. За разлика от нея, неутронните звезди обикновено не са по-големи от около 2,1 слънчеви маси, тъй като всичко, по-голямо от 2,5 слънчеви маси, ще се срути, образувайки черна дупка. Когато LIGO и Дева съвместно откриват гравитационни вълни, причинени от сливане на черна дупка, те са съответно 31 и 25 слънчеви маси.
Това показа, че черни дупки могат да възникнат извън онова, което астрономите считат за нормален обхват. Както Томпсън каза:
„Веднага всички бяха като„ уау “, защото беше толкова грандиозно нещо. Не само защото доказа, че LIGO работи, а защото масите бяха огромни. Черните дупки с такъв размер са голяма работа - не сме ги виждали преди. "
Това откритие вдъхнови Томпсън и неговите колеги да обмислят възможността да има неоткрити предмети, пребиваващи между най-големите неутронни звезди и най-малките черни дупки. За да проучат това, те започнаха да комбинират данни от експеримента на галактическата еволюция Apache Point Observatory (APOGEE) - астрономическо проучване, което събира спектри от около 100 000 звезди в галактиката.
Томпсън и неговите колеги изследвали този спектър за признаци на промени, които биха посочили дали една звезда може да орбитира около друг обект. По-конкретно, ако една звезда показваше признаци на Доплерово изместване - където нейните спектри ще се редуват между изместване към по-синия край и след това по-червени дължини на вълната - това би било индикация, че тя може да е в орбита на невидим спътник.
Този метод е едно от най-ефективните и популярни средства за определяне дали една звезда има орбитална система от планети. Тъй като планетите обикалят около звезда, те упражняват гравитационна сила върху нея, която я кара да се движи напред и назад. Същият този вид смяна е използван от Томпсън и неговите колеги, за да определи дали някоя от звездите на APOGEE може да орбитира в черна дупка.
Започна с Томпсън да стесни данните на APOGEE до 200 кандидати, което се оказа най-интересното. След това той даде данните на Tharindu Jayasinghe (дипломиран научен сътрудник в щата Охайо), който след това използва данни от All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) - което се управлява от OSU и намери над 1000 свръхнови - за да събере хиляди изображения на всеки кандидат.
Това разкри гигантска червена звезда, която изглеждаше в орбита на нещо, което е много по-малко от която и да е известна черна дупка, но много по-голяма от всички известни неутронни звезди. След комбинирането на резултатите с допълнителни данни от спектрографа Echelle Spectrograph на Tillinghast (TRES) и спътника Gaia, те разбраха, че са намерили черна дупка приблизително 3,3 пъти по-голяма от масата на Слънцето.
Този резултат не само потвърждава съществуването на нов клас черна дупка с ниска маса, но и предоставя нов метод за тяхното локализиране. Както обясни Томпсън:
„Това, което сме направили тук, е измислил нов начин за търсене на черни дупки, но също така потенциално сме идентифицирали една от първите в нов клас черни дупки с ниска маса, за която астрономите досега не са знаели. Масите неща ни казват за тяхното формиране и еволюция и те ни казват за тяхната природа. "
