Čierne diery sú jednou z najúžasnejších a najzáhadnejších prírodných síl. Zároveň sú základom nášho chápania astrofyziky. Nielenže sú čierne diery výsledkom obzvlášť veľkých hviezd, ktoré idú na konci ich života po supernove, sú tiež kľúčom k nášmu porozumeniu všeobecnej relativity a verí sa, že zohrali úlohu v kozmickom vývoji.
Z tohto dôvodu sa astronómovia už mnoho rokov usilovne snažia vytvoriť sčítanie čiernych dier v galaxii Mliečna dráha. Nový výskum však naznačuje, že astronómovia mohli prehliadnuť celú triedu čiernych dier. Vyplýva to z nedávneho objavu, keď tím astronómov pozoroval čiernu dieru, ktorá je niečo cez tri Slnečné masy, čo z nej urobila najmenšiu doteraz objavenú čiernu dieru.
Štúdia „Neinteragujúci nízkohmotný čierny otvor - obrovský binárny systém hviezd“ sa nedávno objavila v časopise Science. Zodpovedný tím viedol astronómovia z Ohio State University a zahŕňali členov Harvardsko-Smithsonovského centra pre astrofyziku, Observatóriá Carnegieho inštitúcie pre vedu, Tmavé kozmetické centrum a viaceré observatóriá a univerzity.
Tento objav bol obzvlášť pozoruhodný, pretože identifikoval objekt, ktorý astrofyzici predtým nevedeli, že existuje. V dôsledku toho sú vedci teraz nútení prehodnotiť to, čo si myslia, že vedia o populácii čiernych dier v našej galaxii. Ako Todd Thompson, profesor astronómie na Štátnej univerzite v Ohiu a hlavný autor štúdie, vysvetlil:
„Ukazujeme tento náznak, že existuje iná populácia, ktorú musíme pri hľadaní čiernych dier skutočne vyskúšať. Ľudia sa snažia porozumieť výbuchom supernovy, ako explodujú supermasívne čierne hviezdy, ako sa formovali prvky v superhmotných hviezdach. Ak by sme mohli odhaliť novú populáciu čiernych dier, povedalo by nám to viac o tom, ktoré hviezdy explodujú, ktoré nie, ktoré tvoria čierne diery a ktoré tvoria neutrónové hviezdy. Otvára sa tak nová oblasť štúdia. “
Vďaka vplyvu, ktorý majú na priestor a čas, astronómovia už dlho hľadajú čierne diery a neutrónové hviezdy. Pretože sú to tiež výsledky, keď hviezdy zomrú, mohli by tiež poskytnúť informácie o životných cykloch hviezd a o tom, ako sa formujú prvky. Aby to astronómovia mohli urobiť, musia najprv zistiť, kde sa v našej galaxii nachádzajú čierne diery, čo vyžaduje, aby vedeli, čo majú hľadať.
Jedným zo spôsobov, ako ich nájsť, je hľadať binárne systémy, v ktorých sú dve hviezdy vzájomne zablokované na obežnej dráhe kvôli ich vzájomnej gravitácii. Keď sa jedna z týchto hviezd blíži ku koncu svojho života gravitačným zrútením, buď sa zrúti a vytvorí neutrónovú hviezdu alebo čiernu dieru. Ak sprievodná hviezda dosiahne svoju fázu Red Branch Phase (RBP) svojho vývoja, značne sa rozšíri.
Táto expanzia bude mať za následok, že sa červený gigant stane predmetom svojej čiernej diery alebo spoločníka s neutrónovými hviezdami. To bude mať za následok, že sa materiál vytiahne z povrchu bývalého povrchu a pomaly sa ním spotrebuje. Dokazuje to teplo a röntgenové lúče, ktoré sú emitované ako materiál z hviezdy, sa nahromadia na jej spoločníka s čiernymi dierami.
Až doteraz boli všetky čierne diery v našej galaxii identifikované astronómami medzi piatimi a pätnástimi slnečnými masami. Naproti tomu neutrónové hviezdy nie sú spravidla väčšie ako asi 2,1 solárnych hmôt, pretože čokoľvek väčšie ako 2,5 solárnych hmôt by sa zrútilo a vytvorilo čiernu dieru. Keď LIGO a Panna spoločne detegovali gravitačné vlny spôsobené fúziou čiernych dier, jednalo sa o 31 resp. 25 slnečných hmôt.
To demonštrovalo, že čierne diery sa môžu vyskytnúť mimo toho, čo astronómovia považujú za normálny rozsah. Ako povedal Thompson:
"Okamžite boli všetci ako" páni ", pretože to bola taká úžasná vec. Nielen preto, že sa preukázalo, že LIGO fungovalo, ale aj preto, že masy boli obrovské. Čierne diery, ktoré majú veľkosť, sú veľké - predtým sme ich nevideli. ““
Tento objav inšpiroval Thompsona a jeho kolegov, aby zvážili možnosť, že by mohli byť neobjavené predmety, ktoré by sa nachádzali medzi najväčšími neutrónovými hviezdami a najmenšími čiernymi dierami. Aby to preskúmali, začali kombinovať údaje z experimentu Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) - astronomického prieskumu, ktorý zhromažďuje spektrá od asi 100 000 hviezd po celej galaxii.
Thompson a jeho kolegovia skúmali toto spektrum na známky zmien, ktoré by naznačovali, či by hviezda mohla obiehať okolo iného objektu. Konkrétne, ak hviezda vykazuje znaky Dopplerovho posunu - kde sa jej spektrá budú striedať medzi posunom smerom k modrejšiemu koncu a potom sčervenaním vlnových dĺžok - znamenalo by to, že by mohla obísť neviditeľného spoločníka.
Táto metóda je jedným z najúčinnejších a najpopulárnejších spôsobov určenia, či má hviezda obehový systém planét. Ako planéty obiehajú okolo hviezdy, vyvíjajú na ňu gravitačnú silu, ktorá spôsobuje jej pohyb tam a späť. Rovnaký druh posunu použili Thompson a jeho kolegovia na určenie, či by niektorá z hviezd APOGEE mohla obísť čiernu dieru.
Začalo to tým, že Thompson zúžil údaje APOGEE na 200 kandidátov, čo sa ukázalo byť najzaujímavejšie. Tieto údaje potom poskytol Tharindu Jayasinghe (postgraduálny výskumný pracovník v štáte Ohio), ktorý potom použil údaje z automatizovaného prieskumu All-Sky pre Supernovae (ASAS-SN), ktorý prevádzkuje OSU a zistil viac ako 1 000 supernov - na zostavenie tisícov obrázkov každého kandidáta.
Toto odhalilo obrovskú červenú hviezdu, ktorá vyzerala ako obiehajúca okolo niečoho, čo bolo oveľa menšie ako akákoľvek známa čierna diera, ale oveľa väčšie ako akékoľvek známe neutrónové hviezdy. Po skombinovaní výsledkov s ďalšími údajmi z Tillinghastovho reflektora Echelle Spectrograph (TRES) a satelitu Gaia si uvedomili, že našli čiernu dieru približne 3,3-násobok hmotnosti Slnka.
Tento výsledok nielen potvrdzuje existenciu novej triedy čiernych dier s nízkou hmotnosťou, ale poskytuje aj nový spôsob ich lokalizácie. Ako Thompson vysvetlil:
„To, čo sme tu urobili, je nový spôsob, ako hľadať čierne diery, ale tiež sme potenciálne identifikovali jednu z prvých z novej triedy čiernych dier s nízkou hmotnosťou, o ktorých astronómovia predtým nevedeli. Masy vecí nám hovoria o ich formovaní a vývoji a hovoria nám o ich povahe. “
