Melnie caurumi ir viens no satriecošākajiem un noslēpumainākajiem dabas spēkiem. Tajā pašā laikā tie ir svarīgi mūsu izpratnei par astrofiziku. Melnie caurumi ir ne tikai īpaši masīvu zvaigžņu rezultāts, kuras dzīves beigās nonāk supernovā, bet arī ir atslēga mūsu izpratnei par vispārējo relativitāti un tiek uzskatīts, ka tām ir bijusi loma kosmiskajā evolūcijā.
Sakarā ar to astronomi daudzus gadus centās izveidot melno caurumu skaitīšanu Piena ceļa galaktikā. Tomēr jaunie pētījumi norāda, ka astronomi, iespējams, ir aizmirsuši veselu melno caurumu klasi. Tas nāk no nesena atklājuma, kurā astronomu komanda novēroja melno caurumu, kas ir nedaudz vairāk par trim Saules masām, padarot to par mazāko līdz šim atklāto melno caurumu.
Nesen žurnālā parādījās pētījums “Neinteraktīva maza masas melnā cauruma - milzu zvaigžņu binārā sistēma” Zinātne. Atbildīgo komandu vadīja Ohaio štata universitātes astronomi, un tajā bija dalībnieki no Hārvarda-Smitsona astrofizikas centra, Kārnegi zinātnes institūta observatorijām, Tumšās kosmoloģijas centra, kā arī no vairākām observatorijām un universitātēm.
Atklājums bija īpaši ievērības cienīgs, jo tajā tika identificēts objekts, par kuru astrofiziķi iepriekš nezina, ka tāds pastāv. Tā rezultātā zinātnieki tagad ir spiesti pārskatīt to, ko, viņuprāt, viņi zināja par melno caurumu populāciju mūsu galaktikā. Kā skaidroja Tods Tompsons, Ohaio štata universitātes astronomijas profesors un pētījuma galvenais autors:
“Mēs parādām šo mājienu, ka tur ir vēl viena populācija, kas mums vēl nav īsti jāpārbauda, meklējot melnos caurumus. Cilvēki mēģina saprast supernovas sprādzienus, to, kā eksplodē supermasīvas melnās zvaigznes, kā elementi veidojas supermasīvās zvaigznēs. Tātad, ja mēs varētu atklāt jaunu melno caurumu populāciju, tas mums pastāstītu vairāk par to, kuras zvaigznes eksplodē, kuras ne, kuras veido melnos caurumus, kuras veido neitronu zvaigznes. Tas paver jaunu studiju jomu. ”
Sakarā ar to, ka viņiem ir ietekme uz telpu un laiku, astronomi jau sen ir meklējuši melnos caurumus un neitronu zvaigznes. Tā kā tie ir arī rezultāti, mirot zvaigznēm, tie arī varētu sniegt informāciju par zvaigžņu dzīves cikliem un to, kā veidojas elementi. Lai to izdarītu, astronomiem vispirms ir jānosaka, kur mūsu galaktikā atrodas melnie caurumi, un tas prasa, lai viņi zinātu, ko meklēt.
Viens no veidiem, kā tos atrast, ir meklēt binārās sistēmas, kur divas zvaigznes ir savstarpēji ieslēgtas orbītā savstarpējās smaguma dēļ. Kad viena no šīm zvaigznēm dzīves laikā beigsies ar gravitācijas sabrukumu, tā vai nu sabruks, izveidojot neitronu zvaigzni, vai melno caurumu. Ja zvaigzne pavadone ir sasniegusi savas evolūcijas sarkanās filiāles fāzi (RBP), tā ievērojami paplašināsies.
Šīs izplešanās rezultātā sarkanais gigants tiks pakļauts tā melnajam caurumam vai neitronu zvaigznes pavadonim. Tā rezultātā materiāls tiks izvilkts no pirmās virsmas un lēnām to patērēs. Par to liecina karstums un rentgena starojums, kas tiek izstarots, kad materiāls no zvaigznes tiek akcentēts uz tā melnā cauruma pavadoni.
Līdz šim visi astronomu identificētie melnie caurumi mūsu galaktikā bija no piecām līdz piecpadsmit saules masām. Neitronu zvaigznes, gluži pretēji, parasti nav lielākas par 2,1 saules masām, jo kaut kas lielāks par 2,5 saules masām sabruks, veidojot melno caurumu. Kad LIGO un Jaunava kopīgi atklāja gravitācijas viļņus, ko izraisīja melnā cauruma apvienošanās, tās bija attiecīgi 31 un 25 saules masas.
Tas parādīja, ka melnie caurumi var rasties ārpus tā, ko astronomi uzskatīja par normālu diapazonu. Kā sacīja Tompsons:
“Tūlīt visi bija kā“ wow ”, jo tā bija tik iespaidīga lieta. Ne tikai tāpēc, ka pierādīja, ka LIGO darbojas, bet arī tāpēc, ka masas bija milzīgas. Lielie melnie caurumi ir liels darījums - mēs tos vēl nebijām redzējuši. ”
Šis atklājums iedvesmoja Tompsonu un viņa kolēģus apsvērt iespēju, ka varētu būt neatklāti objekti, kas atradās starp lielākajām neitronu zvaigznēm un mazākajiem melnajiem caurumiem. Lai to izpētītu, viņi sāka apvienot datus no Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) - astronomiska apsekojuma, kas savāc spektrus no aptuveni 100 000 zvaigznēm visā galaktikā.
Tompsons un viņa kolēģi pārbaudīja šo spektru izmaiņu pazīmēm, kas norādītu, vai zvaigzne varētu riņķot ap citu objektu. Konkrētāk, ja zvaigznei būtu redzamas Doplera nobīdes pazīmes - kur tās spektri mainīsies starp pāreju uz zilāko galu un sarkanākiem viļņu garumiem - tas būtu norāde, ka tā varētu riņķot neredzēta pavadoņa virzienā.
Šī metode ir viens no visefektīvākajiem un populārākajiem līdzekļiem, lai noteiktu, vai zvaigznei ir planētu riņķošanas sistēma. Planētām riņķojot pa zvaigzni, tās iedarbojas uz gravitācijas spēku, kas liek tai kustēties uz priekšu un atpakaļ. To pašu veida maiņu izmantoja Tompsons un viņa kolēģi, lai noteiktu, vai kāda no APOGEE zvaigznēm varētu riņķot pa melno caurumu.
Tas sākās ar to, ka Tompsons sašaurināja APOGEE datus līdz 200 kandidātiem, kas izrādījās visinteresantākie. Pēc tam viņš sniedza datus Tharindu Jayasinghe (Ohaio štata absolvents), kurš pēc tam izmantoja datus no All-Sky automatizētā supernovu apsekojuma (ASAS-SN) - kuru vada OSU un kurā tika atrasti vairāk nekā 1000 supernovu - lai apkopotu tūkstošiem katra kandidāta attēlu attēls.
Tas atklāja milzu sarkanu zvaigzni, kas šķietami riņķoja ap kaut ko, kas bija daudz mazāks nekā jebkurš zināmais melnais caurums, bet daudz lielāks par visām zināmajām neitronu zvaigznēm. Pēc rezultātu apvienošanas ar papildu datiem no Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES) un Gaia satelīta, viņi saprata, ka ir atraduši melno caurumu, kas aptuveni 3,3 reizes pārsniedz Saules masu.
Šis rezultāts ne tikai apstiprina jaunas mazas masas melno caurumu klases esamību, bet arī nodrošināja jaunu metodi to atrašanai. Kā skaidroja Tompsons:
“Tas, ko mēs šeit esam paveikuši, ir jānāk klajā ar jaunu veidu, kā meklēt melnos caurumus, taču mēs potenciāli esam identificējuši arī vienu no pirmajiem jaunās klases mazmasas melnajiem caurumiem, par kuriem astronomi iepriekš nebija zinājuši. Lielu lietu masas stāsta par to veidošanos un attīstību, un tās stāsta par to būtību. ”
