Sorte huller er en af de mest fantastiske og mystiske kræfter i naturen. Samtidig er de grundlæggende for vores forståelse af astrofysik. Sorte huller er ikke kun resultatet af særligt massive stjerner, der går i supernova i slutningen af deres liv, de er også nøglen til vores forståelse af generel relativitet og menes at have spillet en rolle i den kosmiske evolution.
På grund af dette har astronomer flittigt forsøgt at lave en optælling af sorte huller i Mælkevejsgalaksen i mange år. Ny forskning tyder dog på, at astronomer kan have overset en hel klasse af sorte huller. Dette kommer fra en nylig opdagelse, hvor et hold af astronomer observerede et sort hul, der er lidt over tre solmasser, hvilket gør det til mindste sorte hul opdaget til dato.
Studiet, ' Et ikke-interagerende binært system med lav masse af sort hul-gigantisk stjerne “, optrådte for nylig i journalenVidenskab.Det ansvarlige hold blev ledet af astronomer fra Ohio State University og omfattede medlemmer fra Harvard-Smithsonian Center for Astrofysik , Observatorierne i Carnegie Institution for Science , det Dark Cosmology Center , og flere observatorier og universiteter.
Kunstnerens indtryk af et sort hul og et massivt binært stjernesystem. Kredit: ESO/L. Calçada
Opdagelsen var især bemærkelsesværdig, fordi den identificerede et objekt, som astrofysikere tidligere ikke vidste eksisterede. Som et resultat er videnskabsmænd nu tvunget til at genoverveje, hvad de troede, de vidste om befolkningen af sorte huller i vores galakse. Som Todd Thompson , professor i astronomi ved Ohio State University og hovedforfatter af undersøgelsen, forklaret :
'Vi viser dette hint om, at der er en anden befolkning derude, som vi endnu ikke rigtig har undersøgt i søgen efter sorte huller. Folk forsøger at forstå supernovaeksplosioner, hvordan supermassive sorte stjerner eksploderer, hvordan grundstofferne blev dannet i supermassive stjerner. Så hvis vi kunne afsløre en ny population af sorte huller, ville det fortælle os mere om, hvilke stjerner der eksploderer, hvilke der ikke gør, hvilke der danner sorte huller, som danner neutronstjerner. Det åbner et nyt studieområde.”
På grund af den indflydelse, de har over rum og tid, har astronomer længe ledt efter sorte huller og neutronstjerner. Da de også er det, der resulterer, når stjerner dør, kunne de også give oplysninger om stjerners livscyklus, og hvordan grundstoffer dannes. For at gøre det skal astronomerne først bestemme, hvor sorte huller er placeret i vores galakse, hvilket kræver, at de ved, hvad de skal kigge efter.
En måde at finde dem på er at lede efter binære systemer, hvor to stjerner er låst i kredsløb med hinanden på grund af deres indbyrdes tyngdekraft. Når en af disse stjerner gennemgår gravitationskollaps nær slutningen af sin levetid, vil den enten kollapse og danne en neutronstjerne eller et sort hul. Hvis ledsagerstjernen har nået den røde grenfase (RBP) af sin udvikling, vil den udvide sig betydeligt.
Kunstnerens indtryk af en stjerne i kredsløb med et sort hul, der producerer kraftige jetfly. Kredit: ESO/Chandra
Denne udvidelse vil resultere i, at den røde kæmpe bliver underlagt sit sorte hul eller neutronstjerne-ledsager. Dette vil resultere i, at materiale trækkes fra førstnævntes overflade og langsomt forbruges af sidstnævnte. Dette fremgår af den varme og røntgenstråler, der udsendes, når materiale fra stjernen samles på dens sorte hul-ledsager.
Indtil nu var alle de sorte huller i vores galakse identificeret af astronomer mellem fem og femten solmasser. Neutronstjerner er derimod generelt ikke større end omkring 2,1 solmasser, da alt større end 2,5 solmasser ville kollapse og danne et sort hul. Hvornår LIGO og Jomfruen fælles opdaget gravitationsbølger forårsaget af en sort huls fusion, var de henholdsvis 31 og 25 solmasser.
Dette viste, at sorte huller kunne forekomme uden for, hvad astronomer anså for at være normalområdet. Som Thompson sagde :
'Umiddelbart var alle ligesom 'wow', fordi det var sådan en spektakulær ting. Ikke kun fordi det beviste, at LIGO virkede, men fordi masserne var enorme. Sorte huller i den størrelse er en big deal - vi havde ikke set dem før.'
Denne opdagelse inspirerede Thompson og hans kolleger til at overveje muligheden for, at der kunne være uopdagede objekter, der befandt sig mellem de største neutronstjerner og de mindste sorte huller. For at undersøge dette begyndte de at kombinere data fra Apache Point Observatory Galaktisk udviklingseksperiment (APOGEE) - en astronomisk undersøgelse, der indsamler spektre fra omkring 100.000 stjerner på tværs af galaksen.
Diagram, der viser metoden Radial Velocity (alias Doppler Shift). Kredit: Las Cumbres Observatory
Thompson og hans kolleger undersøgte disse spektre for tegn på ændringer, der kunne indikere, om en stjerne måske kredser om et andet objekt. Specifikt, hvis en stjerne viste tegn på Doppler-skift – hvor dens spektre vil veksle mellem at skifte mod den blåre ende og derefter rødere bølgelængder – ville dette være en indikation af, at den måske kredser om en uset følgesvend.
Denne metode er en af de mest effektive og populære midler til at afgøre, om en stjerne har et kredsende system af planeter. Når planeter kredser om en stjerne, udøver de en tyngdekraft på den, der får den til at bevæge sig frem og tilbage. Den samme slags skift blev brugt af Thompson og hans kolleger til at afgøre, om nogen af APOGEE-stjernerne kunne kredse om et sort hul.
Det startede med, at Thompson indsnævrede APOGEE-dataene til 200 kandidater, der viste sig at være de mest interessante. Han gav derefter dataene til Tharindu Jayasinghe (en kandidatforsker ved Ohio State), som derefter brugte data fra All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) – som drives af OSU og fandt over 1.000 supernovaer – for at kompilere tusindvis af billeder af hver kandidat.
Dette afslørede en kæmpe rød stjerne, der så ud til at kredse om noget, der var meget mindre end noget kendt sort hul, men meget større end nogen kendte neutronstjerner. Efter at have kombineret resultaterne med yderligere data fra Tillinghast Reflector Scale Spectrograph (TRES) og Gaia satellit , indså de, at de havde fundet et sort hul, der var cirka 3,3 gange Solens masse.
Dette resultat bekræfter ikke kun eksistensen af en ny klasse af sorte huller med lav masse, men det gav også en ny metode til at lokalisere dem. Som Thompson forklaret :
'Det, vi har gjort her, er at finde på en ny måde at søge efter sorte huller på, men vi har også potentielt identificeret et af de første af en ny klasse af sorte huller med lav masse, som astronomerne ikke tidligere havde kendt til. Masserne af ting fortæller os om deres dannelse og udvikling, og de fortæller os om deres natur.'
Yderligere læsning: OHS