Juodosios skylės yra viena nuostabiausių ir paslaptingiausių gamtos jėgų. Kartu jie yra esminiai mūsų supratimo apie astrofiziką srityje. Juodosios skylės yra ne tik ypač masyvios žvaigždės, gyvenimo pabaigoje pereinančios į supernovas, jos taip pat yra pagrindinės mūsų supratimo apie bendrą reliatyvumą priežastys ir, kaip manoma, jos galėjo atlikti vaidmenį kosminėje evoliucijoje.
Dėl šios priežasties astronomai daugelį metų uoliai stengėsi sukurti juodųjų skylių surašymą Paukščių Tako galaktikoje. Tačiau nauji tyrimai rodo, kad astronomai galėjo pamiršti visą juodųjų skylių klasę. Tai kilo iš neseniai įvykusio atradimo, kai astronomų komanda pastebėjo juodąją skylę, kuri yra šiek tiek daugiau nei trys Saulės masės, todėl tai yra mažiausia iki šiol aptinkama juodoji skylė.
Neseniai žurnale pasirodė tyrimas „Neinteraktyvi mažos masės juodosios skylės - milžiniškos dvejetainės žvaigždės sistema“ Mokslas. Atsakingai komandai vadovavo Ohajo valstijos universiteto astronomai, joje dalyvavo nariai iš Harvardo-Smithsoniano astrofizikos centro, Karnegio mokslo instituto observatorijų, Tamsiosios kosmologijos centro ir daugelio observatorijų bei universitetų.
Šis atradimas buvo ypač vertas, nes jame buvo aptiktas objektas, apie kurį astrofizikai anksčiau nežinojo. Dėl to mokslininkai dabar yra priversti persvarstyti, ką, jų manymu, žinojo apie juodųjų skylių populiaciją mūsų galaktikoje. Kaip paaiškino Ohajo valstijos universiteto astronomijos profesorius ir pagrindinis tyrimo autorius Toddas Thompsonas:
„Mes parodome šią užuominą, kad ten yra dar viena populiacija, kurią dar turime iš tikrųjų ištirti ieškodami juodųjų skylių. Žmonės bando suprasti supernovų sprogimus, kaip sprogsta supermasyvios juodosios žvaigždės, kaip elementai buvo suformuoti supermasyviose žvaigždėse. Taigi, jei galėtume atskleisti naują juodųjų skylių populiaciją, ji mums daugiau pasakytų apie tai, kurios žvaigždės sprogo, kurios ne, kurios, kurios sudaro juodąsias skyles, kurios sudaro neutronines žvaigždes. Tai atveria naują studijų sritį. “
Dėl įtakos, kurią jie turi erdvėje ir laike, astronomai ilgai ieškojo juodųjų skylių ir neutroninių žvaigždžių. Kadangi žvaigždės miršta taip pat, jos taip pat gali suteikti informacijos apie žvaigždžių gyvenimo ciklus ir kaip formuojasi elementai. Norėdami tai padaryti, astronomai pirmiausia turi nustatyti, kur yra mūsų galaktikoje juodosios skylės, o tai reikalauja, kad jie žinotų, ko ieškoti.
Vienas iš būdų juos rasti yra ieškoti dvejetainių sistemų, kur dvi žvaigždės yra užfiksuotos orbitoje viena su kita dėl abipusio sunkio. Kai viena iš šių žvaigždžių pasibaigs savo gyvenimo pabaigai, ji patirs gravitacinį griūtį, ji arba sugrius, kad susidarytų neutroninė žvaigždė, arba juodoji skylė. Jei žvaigždė kompanionė pasiekė savo evoliucijos Raudonosios šakos fazę (RBP), ji žymiai išsiplės.
Dėl šios išsiplėtimo raudonasis milžinas taps jo juodosios skylės ar neutronų žvaigždės palydovu. Dėl to medžiaga bus ištraukta iš ankstesnio paviršiaus ir lėtai sunaudota. Tai liudija karštis ir rentgeno spinduliai, kurie sklinda, kai medžiaga iš žvaigždės prisikaupia prie jos juodosios skylės kompaniono.
Iki šiol astronomų identifikuotos visos juodosios skylės mūsų galaktikoje buvo nuo penkių iki penkiolikos Saulės masių. Neutronų žvaigždės, atvirkščiai, paprastai yra ne didesnės kaip 2,1 saulės masės, nes kas nors didesnė nei 2,5 saulės masės žlugtų ir susidarytų juodoji skylė. Kai LIGO ir Mergelė kartu nustatė gravitacines bangas, kurias sukėlė juodosios skylės susijungimas, jos buvo atitinkamai 31 ir 25 saulės masės.
Tai parodė, kad juodosios skylės gali atsirasti už to, ką astronomai laikė normaliu diapazonu. Kaip sakė Thompsonas:
„Iškart visi buvo tarsi„ wow “, nes tai buvo toks įspūdingas dalykas. Ne tik todėl, kad įrodė, kad LIGO veikia, bet ir todėl, kad masė buvo didžiulė. Tokios dydžio juodosios skylės yra didelis dalykas - mes jų anksčiau nematėme “.
Šis atradimas paskatino Thompsoną ir jo kolegas apsvarstyti galimybę, kad tarp didžiausių neutroninių žvaigždžių ir mažiausių juodųjų skylių gali būti neatrastų objektų. Norėdami tai ištirti, jie pradėjo derinti duomenis iš „Apache Point“ observatorijos galaktikos evoliucijos eksperimento (APOGEE) - astronominio tyrimo, kuris surenka maždaug 100 000 žvaigždžių spektrus visoje galaktikoje.
Thompsonas ir jo kolegos ištyrė šį spektrą, ar nėra pokyčių požymių, kurie parodytų, ar žvaigždė gali suktis aplink kitą objektą. Tiksliau, jei žvaigždei būtų parodyti Doplerio poslinkio požymiai - ten, kur jos spektrai kinta nuo poslinkio link neryškiausio galo ir raudonesnio bangos ilgio, - tai būtų požymis, kad ji gali skristi aplink nematytą palydovą.
Šis metodas yra viena iš efektyviausių ir populiariausių priemonių nustatyti, ar žvaigždė turi planetų orbitą. Kai planetos skrieja aplink žvaigždę, jos veikia gravitacinę jėgą, dėl kurios ji juda pirmyn ir atgal. Tokį patį poslinkį pasinaudojo Thompsonas ir jo kolegos, norėdami nustatyti, ar kuri nors APOGEE žvaigždė gali skrieti aplink juodąją skylę.
Tai prasidėjo tuo, kad Thompsonas APOGEE duomenis susiaurino iki 200 kandidatų, kurie pasirodė įdomiausi. Tada jis perdavė duomenis Tharindu Jayasinghe (Ohajo valstijos mokslinis bendradarbis), kuris panaudojo duomenų iš „All Sky Sky“ automatizuoto supernovų tyrimo (ASAS-SN), kurį tvarko OSU ir rado daugiau nei 1000 supernovų, duomenis, kad sudarytų tūkstančius kiekvieno kandidato atvaizdų.
Tai atskleidė milžinišką raudoną žvaigždę, kuri, atrodo, skriejo aplink kažką, kas buvo daug mažesnė už bet kokią žinomą juodąją skylę, bet daug didesnė už bet kurią žinomą neutroninę žvaigždę. Suderinę rezultatus su papildomais „Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph“ (TRES) ir „Gaia“ palydovo duomenimis, jie suprato, kad rado juodąją skylę, maždaug 3,3 karto didesnę už Saulės masę.
Šis rezultatas ne tik patvirtina naujos mažos masės juodosios skylės klasės egzistavimą, bet ir pateikė naują metodą, kaip jas nustatyti. Kaip paaiškino Thompsonas:
„Tai, ką mes padarėme čia, yra naujas būdas ieškoti juodųjų skylių, tačiau mes taip pat potencialiai nustatėme vieną iš pirmųjų naujos klasės mažos masės juodųjų skylių, apie kurias astronomai anksčiau nebuvo žinoję. Daugybė dalykų mums pasakoja apie jų formavimąsi ir raidą, ir jie pasakoja apie jų prigimtį. “
