Gökbilimciler Dünyadaki En Yakın Kara Deliği Keşfettiler – Kozmik Arka Bahçede

Hawaii’deki İkizler Kuzey Teleskobu, ilk uyuyan yıldız kümesini ortaya çıkardı[{” attribute=””>black hole in our cosmic backyard.

Using the International Gemini Observatory, astronomers have discovered the closest-known black hole to Earth. This is the first unambiguous detection of a dormant stellar-mass black hole in the Milky Way. Located a mere 1600 light-years away, its close proximity to Earth offers an intriguing target of study to advance our understanding of the evolution of binary systems.

Black holes are the most extreme objects in the Universe. It is believed that supermassive versions of these unimaginably dense objects reside at the centers of all large galaxies. Stellar-mass black holes — which weigh approximately five to 100 times the mass of the Sun — are much more common. In fact, there are an estimated 100 million stellar-mass black holes in the Milky Way alone. However, only a handful have been confirmed to date, and nearly all of these are ‘active’. This means that they shine brightly in X-rays as they consume material from a nearby stellar companion, unlike dormant black holes which do not.

Astronomers have now discovered the closest black hole to Earth, which the researchers have dubbed Gaia BH1. To find it, they used the Gemini North telescope in Hawai‘i, one of the twin telescopes of the International Gemini Observatory, operated by NSF’s NOIRLab.

Gaia BH1 is a dormant black hole that is about 10 times more massive than the Sun and is located about 1600 light-years away in the constellation Ophiuchus. This means it is three times closer to Earth than the previous record holder, an X-ray binary in the constellation of Monoceros. The new discovery was made possible by making exquisite observations of the motion of the black hole’s companion, a Sun-like star that orbits the black hole at about the same distance as the Earth orbits the Sun.

Bu animasyon, yaklaşık 1.600 ışıkyılı uzaklıkta bulunan, Dünya’ya en yakın kara delik olan Gaia BH1’in yörüngesinde dönen güneş benzeri bir yıldızı gösteriyor. NSF’nin NOIRLab tarafından işletilen Gemini Uluslararası Gözlemevi’nin ikiz teleskoplarından biri olan Gemini North’un gözlemleri, yörünge hareketini ve dolayısıyla ikili sistemdeki iki bileşenin kütlelerini sınırlamak için çok önemliydi ve ekibin merkezi nesneyi aşağıdaki gibi tanımlamasına izin verdi. Güneşimizin kütlesinin yaklaşık 10 katı büyüklüğünde bir kara delik. Kredi: T. Müller (MPIA), PanSTARRS DR1 (KC Chambers ve diğerleri 2016), ESA/Gaia/DPAC

Astrofizik Merkezi’nde bir astrofizikçi olan Karim El-Badri, “Güneş sistemini alın, güneşin olduğu yere bir kara delik koyun ve güneş Dünya’nın olduğu yere koyun ve bu sisteme sahip olacaksınız” diye açıklıyor. Harvard, Smithsonian ve Max Planck Astronomi Enstitüsü ve 2 Kasım’da yayınlanan bu keşfi açıklayan makalenin baş yazarı. Kraliyet Astronomi Derneği’nin Aylık Bildirimleri.

Bu tür sistemlerle ilgili iddia edilen birçok keşif olmasına rağmen, bu keşiflerin neredeyse tamamı sonradan çürütülmüştür. Bu, galaksimizdeki yıldız kütleli bir kara deliğin etrafında geniş bir yörüngede dönen güneş benzeri bir yıldızın ilk kesin keşfi.”

Samanyolu’nda dolaşan milyonlarca yıldız kütleli kara delik olmasına rağmen, çok azı bir yoldaş yıldızla aktif etkileşimleri sayesinde keşfedilmiştir. Yakındaki bir yıldızdan gelen malzeme kara delik yönünde döndükçe aşırı derecede ısınır ve güçlü X-ışınları ve malzeme jetleri üretir. Bir kara delik aktif olarak beslenmiyorsa (yani uykudaysa) basitçe çevresiyle birleşir.

Al-Badri, “Son dört yıldır çok çeşitli veri kümeleri ve yöntemler kullanarak hareketsiz kara delikler arıyordum” dedi. “Önceki girişimlerim – diğerlerinin yanı sıra – kara delikler gibi görünen bir dizi ikili sisteme yol açtı, ancak bu araştırma ilk kez meyve verdi.”

Ekip, başlangıçtaki verileri analiz ederek sistemin potansiyel olarak bir kara deliğe ev sahipliği yaptığını belirledi. Avrupa Uzay Ajansı Gaia uzay aracı. Gaia, devasa, görünmez bir cismin kütleçekiminin neden olduğu yıldızın hareketindeki küçük düzensizlikleri yakaladı. Al-Badri ve ekibi, sistemi daha ayrıntılı incelemek için Gemini North’daki Gemini Çok Nesneli Spektrograf cihazına döndüler; bu cihaz, karadeliğin yörüngesinde dönen yoldaş yıldızın hızını ölçtü ve yörüngesinin periyodunun doğru bir ölçümünü sağladı. . Gemini’nin takip eden gözlemleri, yörünge hareketini ve dolayısıyla ikili sistemdeki iki bileşenin kütlelerini sınırlamak için çok önemliydi ve ekibin merkezi nesneyi güneşimizin kütlesinin yaklaşık 10 katı bir kara delik olarak tanımlamasına izin verdi.

Al-Badri, “İkizler’in takibine ilişkin gözlemlerimiz, ikili sistemin sıradan bir yıldız ve en az bir hareketsiz kara delik içerdiğini şüpheye yer bırakmayacak şekilde doğruladı” dedi. “En az bir kara delik içermeyen bir sistemin gözlemlenen yörüngesini açıklayabilecek makul bir astrofizik senaryo bulamadık.”

Ekip, yalnızca Gemini North’un etkileyici izleme yeteneklerine değil, aynı zamanda Gemini’nin takip gözlemlerini yapmak için yalnızca kısa bir zamanı olduğu için sıkı bir son teslim tarihine ilişkin veri sağlama yeteneğine de güveniyordu.

Al, “Sistemin bir kara delik içerdiğine dair ilk göstergeleri aldığımızda, iki nesnenin en yakın yörünge ayrımına gelmeden önce yalnızca bir haftamız vardı. İkili bir sistemdeki kütlenin doğru tahminlerini yapmak için bu noktada ölçümler gereklidir.” -Badri dedi. “Gemini’nin kısa bir zaman ölçeğinde geri bildirim sağlama yeteneği, projenin başarısı için kritik öneme sahipti. Bu dar pencereyi kaçırırsak, bir yıl daha beklemek zorunda kaldık.”

Gaia BH1’in tuhaf oluşumunun nasıl ortaya çıktığını açıklamak için katı gökbilimcilerin ikili sistemlerin evrimine ilişkin mevcut modellerini zorlamak zordur. Spesifik olarak, daha sonra yeni keşfedilen kara deliğe dönüşen progenitör yıldız, güneşimizin kütlesinin en az yirmi katıydı. Bu, onun sadece birkaç milyon yıl yaşayacağı anlamına gelir. Her iki yıldız da aynı anda oluşmuş olsaydı, bu büyük yıldız hızla bir süperdev haline dönüşecek, diğer yıldızı şişirecek ve Güneşimiz gibi uygun, hidrojen yakan, ana dizi yıldızı haline gelmeden önce onu yutacaktı.

İkili bir kara delik gözlemlerinin önerdiği gibi, güneş kütleli bir yıldızın bu halkada nasıl hayatta kalabileceği ve görünüşte normal bir yıldız haline gelebileceği hiç açık değil. Hayatta kalmaya izin veren tüm teorik modeller, güneş kütleli yıldızın gerçekte gözlemlenenden daha sıkı bir yörüngede olması gerektiğini tahmin ediyor.

Bu, karadeliklerin ikili sistemlerde nasıl oluştuğunu ve geliştiğini anlamamızdaki önemli boşlukları gösterebilir ve aynı zamanda ikili sistemlerde henüz keşfedilmemiş bir grup uyuyan karadeliğin varlığını önerebilir.

Al-Badri, “İlginç bir şekilde, bu sistem standart ikili evrim modelleri tarafından kolayca uyarlanamaz.” “Bu ikili sistemin nasıl oluştuğu ve gizlenen kaç tane kara delik olduğu hakkında birçok soruyu gündeme getiriyor.”

Uzay ve yer tabanlı gözlemevleri ağının bir parçası olarak Gemini North, yalnızca bugüne kadarki en yakın kara delik için güçlü kanıtlar sağlamakla kalmadı, aynı zamanda bir kara ile etkileşime giren olağan sıcak gazda düzenlenen ilk orijinal kara delik sistemini de sağladı. NSF Vakfı için Gemini Programı yetkilisi Martin Steele dedi. “Bu, potansiyel olarak galaksimizin beklenen uyku halindeki karadelik kümesinin gelecekteki keşiflerinin habercisi olsa da, gözlemler aynı zamanda çözülmesi gereken bir gizem de bırakıyor – uzaylı komşusu ile ortak tarihe rağmen, bu ikili sistemdeki bir yoldaş yıldız neden bu kadar normal?”

Referans: Karim Badri, Hans Walter Rex, Elliot Quatert, Andrew W. Howard, Howard Isaacson, Jim Fuller, Keith Hawkins, Katelyn Breivik, Kazi WK Wong, Antonio C. Rodriguez, Charlie tarafından “Kara deliğin yörüngesinde dönen güneş benzeri yıldız” Conroy, Glamour Shahav, Tsvi Mazeh, Frédéric Arino, Kevin B Berdge, Dolev Bachi, Simchon Weigler, Daniel R. Weisz, Reiss Seiberger, Silvia Almada Münter ve Jennifer Wuino, 2 Kasım 2022, Kraliyet Astronomi Derneği’nin Aylık Bildirimleri.
DOI: 10.1093/mnras/stac3140

Gemini North notları, Direktörün Tahmini Zaman Programının bir parçası olarak yürütülmüştür (Program ID: GN-2022B-DD-202).

Gemini Uluslararası Gözlemevi, Ulusal Bilim Vakfı aracılığıyla Amerika Birleşik Devletleri, Kanada Ulusal Araştırma Konseyi aracılığıyla Kanada, Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo aracılığıyla Şili, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı aracılığıyla Brezilya dahil olmak üzere altı ülkenin ortaklığıyla işletilmektedir. e Inovações, Arjantin, Ministerio de Ciencia aracılığıyla, Tecnología e Innovación ve Kore, Kore Astronomi ve Uzay Bilimleri Enstitüsü aracılığıyla. Bu katılımcılar ve Gemini’ye düzenli erişimi olan Hawaii Üniversitesi’nin her biri, yerel kullanıcıları desteklemek için bir “İkizler Ulusal Ofisi”ne sahiptir.