Černé díry jsou jednou z nejúžasnějších a nejzáhadnějších přírodních sil. Zároveň jsou základem našeho chápání astrofyziky. Nejen, že jsou černé díry výsledkem zvláště hmotných hvězd, které jdou na konci svého života supernovou, jsou také klíčem k našemu pochopení obecné relativity a věří se, že hrály roli v kosmickém vývoji.
Z tohoto důvodu se astronomové po mnoho let usilovně snaží vytvořit sčítání černých děr v galaxii Mléčná dráha. Nový výzkum však naznačuje, že astronomové mohli přehlédnout celou třídu černých děr. Vyplývá to z nedávného objevu, kdy tým astronomů pozoroval černou díru, která je něco přes tři sluneční hmoty, což z ní činí nejmenší dosud objevenou černou díru.
Studie „Neinteragující nízkohmotná černá díra - obří hvězdný binární systém“ se nedávno objevila v časopise Věda. Odpovědný tým byl veden astronomy z Ohio State University a zahrnoval členy Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku, Observatoř Carnegie Institution for Science, Dark Cosmology Center a několik observatoří a univerzit.
Objev byl obzvláště pozoruhodný, protože identifikoval objekt, který astrofyzici dříve nevěděli, že existuje. V důsledku toho jsou nyní vědci nuceni přehodnotit, co si myslí, že vědí o populaci černých děr v naší galaxii. Jak Todd Thompson, profesor astronomie na Ohio State University a hlavní autor studie, vysvětlil:
"Ukazujeme tento náznak, že existuje jiná populace, kterou musíme hledat černé díry." Lidé se snaží pochopit výbuchy supernovy, jak explodují supermasivní černé hvězdy, jak se prvky vytvářely v supermasivních hvězdách. Takže kdybychom mohli odhalit novou populaci černých děr, řeklo by nám to více o tom, které hvězdy explodují, které ne, které tvoří černé díry, které tvoří neutronové hvězdy. To otevírá novou oblast studia. “
Kvůli vlivu, který mají na prostor a čas, astronomové dlouho hledali černé díry a neutronové hvězdy. Protože jsou to také výsledky, když hvězdy umírají, mohou také poskytovat informace o životních cyklech hvězd a o tom, jak se formují prvky. Za tímto účelem musí astronomové nejprve zjistit, kde se v naší galaxii nacházejí černé díry, což vyžaduje, aby věděli, co hledat.
Jedním ze způsobů, jak je najít, je hledat binární systémy, kde jsou dvě hvězdy uzamčeny na oběžné dráze kvůli vzájemné gravitaci. Když se jedna z těchto hvězd blíží ke konci svého gravitačního kolapsu, buď se zhroutí a vytvoří neutronovou hvězdu nebo černou díru. Pokud doprovodná hvězda dosáhla fáze Red Branch Phase (RBP) svého vývoje, značně se rozšíří.
Tato expanze povede k tomu, že se červený gigant stane předmětem své černé díry nebo společníka neutronových hvězd. To bude mít za následek, že se materiál vytáhne z povrchu bývalého povrchu a pomalu se spotřebuje. Důkazem toho je teplo a rentgenové paprsky, které jsou emitovány jako materiál z hvězdy, se hromadí na společníka černé díry.
Až dosud byly všechny černé díry v naší galaxii identifikované astronomy mezi pěti a patnácti solárními hmotami. Naproti tomu neutronové hvězdy obecně nejsou větší než asi 2,1 solárních hmot, protože cokoli většího než 2,5 solárních hmot by se zhroutilo a vytvořilo tak černou díru. Když LIGO a Panna společně detekovaly gravitační vlny způsobené fúzí černé díry, jednalo se o 31 resp. 25 solárních hmot.
Toto prokázalo, že černé díry by se mohly vyskytnout mimo to, co astronomové považovali za normální rozsah. Jak řekl Thompson:
"Okamžitě, všichni byli jako" páni ", protože to byla tak velkolepá věc. Nejen proto, že se ukázalo, že LIGO fungovalo, ale protože masy byly obrovské. Černé díry takové velikosti jsou velké - my jsme je ještě nikdy neviděli. “
Tento objev inspiroval Thompsona a jeho kolegy, aby zvážili možnost, že by mohly být neobjevené předměty, které by se nacházely mezi největšími neutronovými hvězdami a nejmenšími černými dírami. Aby to prozkoumali, začali kombinovat data z experimentu Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) - astronomický průzkum, který shromažďuje spektra od asi 100 000 hvězd v celé galaxii.
Thompson a jeho kolegové zkoumali tato spektra na známky změn, které by naznačovaly, zda by hvězda mohla obíhat kolem jiného objektu. Konkrétně, pokud by hvězda vykazovala známky Dopplerova posunu - kde se její spektra budou střídat mezi posunem směrem k modřejšímu konci a poté červenějšími vlnovými délkami - znamenalo by to, že by mohla obíhat neviditelného společníka.
Tato metoda je jedním z nejúčinnějších a nejpopulárnějších způsobů určení, zda má hvězda oběžný systém planet. Jako planety obíhají kolem hvězdy, vyvíjí na ni gravitační sílu, která způsobí, že se bude pohybovat tam a zpět. Stejný druh posunu použil Thompson a jeho kolegové k určení, zda by některá z hvězd APOGEE mohla obíhat kolem černé díry.
Začalo to tím, že Thompson zúžil data APOGEE na 200 uchazečů, kteří se ukázali jako nejzajímavější. Poté předal data Tharindu Jayasinghe (postgraduální výzkumný pracovník ve státě Ohio), který poté použil data z All-Sky Automated Survey pro Supernovae (ASAS-SN) - který provozuje OSU a našel více než 1 000 supernov - aby sestavil tisíce obrázků každého kandidáta.
Toto odhalilo obří červenou hvězdu, která vypadala, že obíhá něco, co bylo mnohem menší než jakákoli známá černá díra, ale mnohem větší než jakékoli známé neutronové hvězdy. Po zkombinování výsledků s dalšími údaji z Tillinghastova reflektoru Echelle Spectrograph (TRES) a Gaia satelitu si uvědomili, že našli černou díru zhruba 3,3krát větší než Slunce.
Tento výsledek nejen potvrzuje existenci nové třídy černé díry s nízkou hmotností, ale také poskytl novou metodu jejich lokalizace. Jak vysvětlil Thompson:
„To, co jsme zde udělali, je, že přicházíme s novým způsobem, jak hledat černé díry, ale také jsme potenciálně identifikovali jednu z prvních z nové třídy nízkohmotných černých děr, o kterých astronomové dosud nevěděli. Masy věcí nám říkají o jejich formování a vývoji a říkají nám o jejich povaze. “
