Črne luknje so ena najbolj osupljivih in skrivnostnih sil narave. Hkrati so temeljnega pomena za naše razumevanje astrofizike. Ne samo, da so črne luknje rezultat posebej masivnih zvezd, ki ob koncu življenja gredo v supernovo, tudi ključne so za naše razumevanje Splošne relativnosti in verjamejo, da so igrale vlogo v kozmični evoluciji.
Zaradi tega astronomi več let pridno poskušajo ustvariti popis črnih lukenj v galaksiji Mlečna pot. Vendar nove raziskave kažejo, da so astronomi morda spregledali celoten razred črnih lukenj. To izhaja iz nedavnega odkritja, kjer je ekipa astronomov opazovala črno luknjo, ki je nekaj več kot tri sončne mase, zaradi česar je postala najmanjša črna luknja, odkrita do zdaj.
Študija, "Neinterektirajoči binarni sistem z nizko maso črne luknje - velikanska zvezda", se je nedavno pojavila v reviji Znanost. Odgovorno skupino so vodili astronomi z ameriške univerze Ohio in vključevali člane Harvard-Smithsonian Centra za astrofiziko, Observatories Carnegie Institution for Science, Dark Cosmology Center ter več opazovalnic in univerz.
Odkritje je bilo še posebej pomembno, saj je identificiralo objekt, za katerega astrofiziki prej niso vedeli, da obstaja. Zaradi tega so znanstveniki zdaj prisiljeni znova razmisliti, kaj so mislili, da vedo o populaciji črnih lukenj v naši galaksiji. Kot je pojasnil Todd Thompson, profesor astronomije na Državni univerzi Ohio in glavni avtor študije:
"Prikazujemo namig, da je tam še ena populacija, ki jo moramo še iskati v iskanju črnih lukenj. Ljudje poskušajo razumeti eksplozije supernove, kako eksplodirajo supermasivne črne zvezde, kako so se elementi oblikovali v supermasivne zvezde. Torej, če bi lahko razkrili novo populacijo črnih lukenj, bi nam povedali več o tem, katere zvezde eksplodirajo, katere ne, katere črne luknje in nevtronske zvezde. Odpira novo področje študija. "
Zaradi vpliva, ki ga imajo na vesolje in čas, astronomi že dolgo iščejo črne luknje in nevtronske zvezde. Ker so tudi rezultati, ko zvezde umrejo, bi lahko zagotovili tudi informacije o življenjskih ciklih zvezd in o tem, kako nastajajo elementi. Da bi to storili, morajo astronomi najprej ugotoviti, kje v naši galaksiji so črne luknje, kar zahteva, da vedo, kaj iskati.
Eden od načinov, kako jih najti, je iskanje binarnih sistemov, kjer sta dve zvezdi medsebojno zaprti v orbiti zaradi medsebojne težnosti. Ko se ena od teh zvezd ob koncu življenja podvrže gravitacijskemu kolapsu, se bo zrušila, tvorila nevtronsko zvezdo ali črno luknjo. Če je spremljevalna zvezda dosegla fazo Rdeče veje (RBP), se bo znatno razširila.
Zaradi te širitve bo rdeči velikan postal predmet črne luknje ali nevtronske zvezde. To bo povzročilo, da se material povleče s prve površine in jo počasi porabi. To dokazujejo toplota in rentgenski žarki, ki se oddajajo, ko se material zvezde prikrajša na njenega spremljevalca iz črne luknje.
Do zdaj so bile vse črne luknje v naši galaksiji, ki so jih astronomi identificirali, med petimi in petnajstimi sončnimi masami. Nevtronske zvezde pa na splošno niso večje od približno 2,1 sončne mase, saj bi se vse, kar je večje od 2,5 sončne mase, zrušilo, da bi nastalo črna luknja. Ko sta LIGO in Devica skupaj zaznala gravitacijske valove, ki so nastali zaradi združitve črne luknje, sta bili 31 in 25 sončni masi.
To je pokazalo, da lahko nastanejo črne luknje zunaj tistega, kar so astronomi šteli za normalen domet. Kot je rekel Thompson:
"Takoj so bili vsi kot" vau ", ker je bila tako spektakularna stvar. Ne samo zato, ker se je izkazalo, da LIGO deluje, ampak ker so bile mase ogromne. Velikost črnih lukenj je velika - prej je nismo videli. "
To odkritje je Thompsona in njegove sodelavce spodbudilo k razmišljanju o možnosti, da bi med največjimi nevtronskimi zvezdami in najmanjšimi črnimi luknjami obstajali neodkriti predmeti. Da bi to raziskovali, so začeli združevati podatke iz Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) - astronomske raziskave, ki zbira spektre približno 100.000 zvezd po galaksiji.
Thompson in njegovi sodelavci so pregledali ta spekter, da bi ugotovili znake sprememb, ki bi kazale, ali lahko okoli drugega predmeta kroži zvezda. Natančneje, če bi zvezda kazala znake Dopplerovega premika - kjer se bodo njeni spektri spreminjali med premikanjem proti močnejšemu koncu in nato rdečimi valovnimi dolžinami - bi to lahko kazalo, da bi lahko krožila po nevidenem spremljevalcu.
Ta metoda je eno najučinkovitejših in najbolj priljubljenih načinov ugotavljanja, ali ima zvezda orbitirani sistem planetov. Ko planeti krožijo nad zvezdo, nanjo izvajajo gravitacijsko silo, zaradi katere se premika naprej in nazaj. Ta isti premik so Thompson in njegovi sodelavci uporabili za določitev, ali bi katera od zvezd APOGEE krožila v črni luknji.
Začelo se je s tem, da je Thompson podatke APOGEE zmanjšal na 200 kandidatov, kar se je izkazalo za najbolj zanimivo. Podatke je nato dal Tharindu Jayasinghe (diplomirani znanstveni sodelavec v zvezni državi Ohio), ki je nato uporabil podatke iz avtomatske raziskave All-Sky za supernove (ASAS-SN) - ki jo vodi OSU in je našel več kot 1000 supernov - za sestavljanje tisoč slik vsakega kandidata.
To je razkrilo orjaško rdečo zvezdo, za katero se zdi, da kroži v nečem, ki je veliko manjše od katere koli znane črne luknje, vendar veliko večje od katere koli znane nevtronske zvezde. Po združitvi rezultatov z dodatnimi podatki iz spektrografa Echelle Spelerograf (TRES) in reflektorja Tillinghast so ugotovili, da so našli črno luknjo, približno 3,3-kratno maso Sonca.
Ta rezultat ne samo da potrjuje obstoj novega razreda črne luknje z majhno maso, ampak je tudi dal novo metodo za njihovo lociranje. Kot je pojasnil Thompson:
"Kar smo storili tukaj, je zasnovan nov način iskanja črnih lukenj, vendar smo tudi potencialno prepoznali eno prvih v novem razredu črnih lukenj z majhno maso, o katerih astronomi prej niso vedeli. Množice stvari nam govorijo o njihovem nastanku in evoluciji ter o svoji naravi. "
