Mustat aukot ovat yksi luonnon mahtavimmista ja salaperäisimmistä voimista. Samalla ne ovat perustavanlaatuisia astrofysiikan ymmärtämisellemme. Mustat aukot eivät ole vain erityisen massiivisten tähtien seurauksia, jotka menevät supernoviin elämänsä lopussa, vaan myös avaimet ymmärrystämme yleisestä suhteellisuudesta ja niiden uskotaan olleen rooli kosmisessa evoluutiossa.
Tämän takia tähtitieteilijät ovat ahkerasti yrittäneet luoda mustien reikien laskemisen Linnunradan galaksissa monien vuosien ajan. Uusi tutkimus kuitenkin osoittaa, että tähtitieteilijät ovat voineet jättää huomiotta koko mustien reikien luokan. Tämä johtuu äskettäisestä löytöstä, jossa tähtitieteilijöiden ryhmä havaitsi mustan aukon, joka on hiukan yli kolme aurinkomassoa, joten se on pienin tähän mennessä löydetty musta aukko.
Tutkimus ”Ei-vuorovaikutteinen vähämassinen musta reikä - jättiläinen tähtibinaarijärjestelmä” ilmestyi äskettäin lehdessä Science. Asiasta vastaavaa ryhmää johtivat Ohion osavaltion yliopiston tähtitieteilijät, ja niihin kuuluivat jäsenet Harvard-Smithsonianin astrofysiikan keskuksesta, Carnegie-instituutin observatorioista, Dark Cosmology Centeristä ja useista observatorioista ja yliopistoista.
Löytö oli erityisen huomionarvoinen, koska se tunnisti esineen, jota astrofysiikit aiemmin eivät tienneet olevan olemassa. Seurauksena on, että tutkijat on nyt pakko harkita uudelleen sitä, mitä he ajattelivat tietävänsä galaksissamme olevien mustien reikien populaatiosta. Kuten Ohion osavaltion yliopiston tähtitieteen professori ja tutkimuksen pääkirjailija Todd Thompson selitti:
”Me osoitamme tämän vihjeen siitä, että siellä on toinen väestö, jota meidän ei ole vielä todella tutkittava mustia aukkoja etsiessään. Ihmiset yrittävät ymmärtää supernoova-räjähdyksiä, kuinka supermassiiviset mustat tähdet räjähtävät, miten elementit muodostuivat supermassiivisiksi tähtiiksi. Joten jos voisimme paljastaa uuden mustien reikien populaation, se kertoisi meille enemmän siitä, mitkä tähdet räjähtää, mitkä eivät, mitkä muodostavat mustia reikiä, jotka muodostavat neutronitähtiä. Se avaa uuden opiskelualueen. ”
Tähtitieteilijät ovat jo kauan etsineet mustia aukkoja ja neutronitähtiä, koska niillä on vaikutusta alueelle ja ajalle. Koska ne ovat myös tuloksia, kun tähdet kuolevat, ne voisivat myös tarjota tietoa tähtien elinkaareista ja siitä, miten elementit muodostuvat. Tätä varten tähtitieteilijöiden on ensin selvitettävä missä galaksissamme sijaitsevat mustat aukot, mikä edellyttää heidän tietävän mitä etsiä.
Yksi tapa löytää ne on etsiä binaarijärjestelmiä, joissa kaksi tähteä lukittuvat kiertoradalle toistensa kanssa keskinäisen painovoimansa vuoksi. Kun yksi näistä tähtiistä kokee painovoiman romahduksen lähellä elämänsä loppua, se joko romahtaa muodostaen neutronitähden tai mustan aukon. Jos seuratähti on saavuttanut evoluutionsa punaisen haaran vaiheen (RBP), se laajenee huomattavasti.
Tämä laajeneminen johtaa siihen, että punainen jättiläinen altistuu mustalle aukolleen tai neutronitähteelleen. Tämä johtaa materiaalin vetämiseen entisen pinnalta ja viimeksi kuluneen hitaasti. Tästä on osoituksena lämpö ja röntgensäteet, jotka säteilytetään, kun tähtiä oleva materiaali akkreditoituu sen mustan aukon seuralaiseen.
Tähän asti kaikki tähtitieteilijöiden tunnistamat galaksin galaksimme mustat aukot olivat viidestä viiteentoista aurinkomassasta. Neutronitähdet sitä vastoin eivät yleensä ole suurempia kuin noin 2,1 aurinkomassoa, koska mikä tahansa suurempi kuin 2,5 aurinkoista massaa romahtaisi mustan aukon muodostamiseksi. Kun LIGO ja Neitsyt havaitsivat yhdessä mustan aukon sulautumisen aiheuttamat gravitaatioaallot, ne olivat vastaavasti 31 ja 25 aurinkoa.
Tämä osoitti, että mustia aukkoja voi esiintyä sen ulkopuolella, mitä tähtitieteilijät pitivät normaalina. Kuten Thompson sanoi:
”Heti kaikki olivat kuin“ vau ”, koska se oli niin mahtava asia. Ei vain siksi, että se osoitti, että LIGO toimi, vaan myös siitä, että massat olivat valtavat. Koko mustat aukot ovat iso juttu - emme olleet nähneet niitä aikaisemmin. ”
Tämä löytö inspiroi Thompsonia ja hänen kollegoitaan harkitsemaan mahdollisuutta, että suurimpien neutronitähteiden ja pienimpien mustien reikien välissä voi olla löytämättömiä esineitä. Tämän tutkimiseksi he ryhtyivät yhdistämään Apache Pointin observatorion galaktisen evoluutiokokeen (APOGEE) tietoja - tähtitieteellistä tutkimusta, joka kerää spektrit noin 100 000 tähdeltä galaksissa.
Thompson ja hänen kollegansa tutkivat tätä spektriä muutosten merkkien varalta, jotka osoittaisivat, voiko tähti kiertää toisen kohteen ympärillä. Erityisesti, jos tähti osoitti Doppler-siirtymän merkkejä - jolloin sen spektrit vuorottelevat sinisempää päätä kohti suuntautuvan ja sitten punaisemman aallonpituuden välillä -, tämä olisi osoitus siitä, että se voi kiertää näkymätöntä kumppania.
Tämä menetelmä on yksi tehokkaimmista ja suosituimmista tavoista määrittää, onko tähdellä kiertävä planeettajärjestelmä. Kun planeetat kiertävät tähtiä, ne kohdistavat siihen painovoiman, joka saa sen liikkumaan edestakaisin. Thompson ja hänen kollegansa käyttivät samanlaista muutosta määrittäessään, voisiko jokin APOGEE-tähti kiertää mustaa reikää.
Se alkoi siitä, että Thompson kavensi APOGEE-tietoja 200 ehdokkaan kanssa, mikä osoittautui mielenkiintoisimmaksi. Sitten hän antoi tiedot Tharindu Jayasinghelle (tutkinnon suorittaneelle tutkijalle Ohion osavaltiossa), joka sitten käytti tietoja All-Sky automatisoidusta supernovae-tutkimuksesta (ASAS-SN) - jota OSU hallinnoi ja löysi yli 1000 supernovaa - tuhansien kokoamiseksi. kunkin ehdokkaan kuvia.
Tämä paljasti jättiläisen punaisen tähden, joka näytti kiertävän jotain, joka oli paljon pienempi kuin mikään tunnettu musta aukko, mutta paljon suurempi kuin mikään tunnettu neutronitähti. Yhdistettyään tulokset Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES): n ja Gaia-satelliitin lisätietoihin he huomasivat löytäneensä mustan aukon, joka oli suunnilleen 3,3-kertainen auringon massaan nähden.
Tämä tulos paitsi vahvistaa uuden luokan pienimassalisen mustan aukon olemassaolon, mutta tarjosi myös uuden menetelmän niiden paikantamiseksi. Kuten Thompson selitti:
"Mitä olemme tehneet täällä, keksitään uusi tapa etsiä mustia aukkoja, mutta olemme mahdollisesti myös tunnistaneet yhden ensimmäisistä pienen massan mustien aukkojen uudesta luokasta, josta tähtitieteilijät eivät aiemmin olleet tienneet. Asioiden joukot kertovat meille niiden muodostumisesta ja evoluutiosta, ja ne kertovat meille niiden luonteesta. "
