Gökbilimciler ‘karanlık’ bir ısı keşfettiler

Gökbilimcilerin inandığı gibi, büyük yıldızların ölümü geride kara delikler bırakırsa, Samanyolu’na dağılmış yüz milyonlarcası olmalıdır. Sorun, izole edilmiş kara deliklerin görünür olmamasıdır.

Şimdi, California Üniversitesi, Berkeley tarafından yönetilen bir ekip, gökbilimciler ilk kez, ışığı bir nesnenin güçlü yerçekimi alanı tarafından bozulduğundan uzaktaki bir yıldızın parlaklığını gözlemleyerek serbest yüzen bir kara deliğin ne olabileceğini keşfettiler – bu nedenle – mikro yerçekimi denir.

Ekip, yüksek lisans öğrencisi Casey Lam tarafından yönetiliyor ve Jessica DüşükBerkeley, California Üniversitesi’nde astronomi doçenti, görünmez kompakt nesnenin kütlesinin Güneş’in kütlesinin 1,6 ila 4,4 katı olduğunu tahmin ediyor. Gökbilimciler, ölü bir yıldızın kalıntılarının bir kara deliğe dönüşmesi için 2,2 güneş kütlesinden daha ağır olması gerektiğine inandıklarından, UC Berkeley araştırmacıları nesnenin bir kara delik yerine bir nötron yıldızı olabileceği konusunda uyarıyorlar. Nötron yıldızları da çok yoğun ve kompakt nesnelerdir, ancak kütleçekimleri, bir kara deliğe daha fazla çökmeyi önleyen iç nötron basıncı ile dengelenir.

Bir kara delik ya da bir nötron yıldızı olsun, nesne, başka bir yıldızla ilgisi olmayan galakside dolaşırken keşfedilen ilk karanlık yıldız kalıntısıdır – bir yıldız “hayaletidir”.

Lu, “Bu, mikro yerçekimi lensleri tarafından tespit edilen ilk yüzen kara delik veya nötron yıldızı” dedi. “Daha ince lensi kullanarak bu izole edilmiş, sıkıştırılmış nesneleri inceleyebilir ve tartabiliriz. Sanırım bu karanlık nesneler üzerinde başka bir şekilde görülemeyen yeni bir pencere açtık.”

Bu kompakt nesnelerden kaçının Samanyolu’nda yaşadığını belirlemek, gökbilimcilerin yıldızların evrimini – özellikle nasıl öldüklerini – ve galaksimizin evrimini anlamalarına yardımcı olacak ve muhtemelen görünmeyen kara deliklerden herhangi birinin ilkel kara delikler olup olmadığını ortaya çıkaracaktır. Bazı kozmologlar, Büyük Patlama sırasında büyük miktarlarda üretildiğine inanırlar.

Lam, Lu ve uluslararası ekibi tarafından yapılan analiz, yayımlanmak üzere kabul edildi. Astrofizik Dergi Mektupları. Analiz, iki tanesinin muhtemelen bir beyaz cüce veya bir nötron yıldızından kaynaklanmasına rağmen, ekibin bir kara delikten kaynaklanmadığı sonucuna vardığı diğer dört mikro mercekleme olayını içeriyor. Ekip ayrıca, galaksideki olası kara delik sayısının 200 milyon olduğu sonucuna vardı – bu çoğu teorisyenin beklediği gibi.

Aynı veriler, farklı sonuçlar

Özellikle, Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden (STScI) rakip bir ekip aynı mikro-mercekleme olayını analiz etti ve kompakt nesnenin kütlesinin 7.1 güneş kütlesine ve tartışmasız bir kara deliğe daha yakın olduğunu iddia etti. Liderliğindeki STScI ekibi tarafından yapılan analizleri açıklayan kağıt Kailash Sahuyayımlanmak üzere kabul edildi Astrofizik Dergisi.

Her iki ekip de aynı verileri kullandı: uzak bir yıldızın ışığı yüksek oranda sıkıştırılmış nesne tarafından bozulduğu veya “yansıtıldığı” için parlaklığının fotometrik ölçümleri ve yerçekiminin bir sonucu olarak uzak yıldızın gökyüzündeki değişen konumunun astronomik ölçümleri. lens nesnesi tarafından bozulma. Optik veriler iki mikrolens araştırmasından elde edildi: Şili’de Varşova Üniversitesi tarafından işletilen 1,3 metrelik bir teleskop kullanan Optik Yerçekimi Mercek Deneyi (OGLE) ve bir 1.8 üzerine monte edilen Astrofizik’teki (MOA) Mikrolens gözlemleri. Yeni Zelanda’da Varşova Üniversitesi tarafından işletilen metrelik teleskop Osaka Üniversitesi. Astronomik veriler NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu’ndan geldi. STScI, teleskopun bilim programını yönetir ve bilimsel operasyonlarını yürütür.

Her iki hassas lens keşfi de aynı nesneyi yakaladığından, iki adı vardır: MOA-2011-BLG-191 ve OGLE-2011-BLG-0462 veya kısaca OB110462.

Bunun gibi araştırmalar Samanyolu’nda her yıl mikro mercekleme yoluyla yaklaşık 2.000 parlak yıldız keşfederken, iki ekibin kompakt nesnenin kütlesini ve Dünya’dan uzaklığını belirlemesine olanak sağlayan astronomik verilerin eklenmesiydi. Berkeley’deki California Üniversitesi tarafından yönetilen ekip, Samanyolu’nun merkezine doğru ve gökadanın merkezi süper kütleli siyahını çevreleyen büyük çıkıntının yakınında, 2,280 ila 6260 ışıkyılı (700-1920 parsek) arasında yer aldığını tahmin ediyor. delik.

STScI kümesinin yaklaşık 5.153 ışıkyılı (1.580 parsek) uzaklıkta olduğu tahmin edilmektedir.

samanlıkta iğne arıyorum

Lou ve Lam, STScI ekibinin başlangıçta şu sonuca varmasından sonra, vücutla ilk kez 2020’de ilgilenmeye başladı. Beş mikro mercekleme olayı Hubble tarafından gözlemlenenlerin hepsi 100 günden fazla sürdü ve bu nedenle kara delikler olabilir – muhtemelen kompakt nesnelerden kaynaklanmıyor.

2008’den beri serbest hareket eden kara delikler arayan Lu, verilerin galaksideki, kabaca 10 milyon ile 1 milyar arasında olduğu tahmin edilen bolluklarını daha iyi tahmin etmesine yardımcı olacağını düşündü. Şimdiye kadar, ikili yıldız sistemlerinin bir parçası olarak yalnızca yıldız boyutunda kara delikler bulundu. Kara delikler, ya bir yıldızdan gelen malzeme bir kara deliğe düştüğünde üretilen X-ışınlarında ya da iki veya daha fazla kara deliğin birleşmesine duyarlı modern yerçekimi dalgası detektörlerinde ikili dosyalar halinde görülür. Ancak bu olaylar nadirdir.

Lu, “Casey ve ben verileri izledik ve gerçekten ilgilendik. ‘Vay canına, kara delik yok’ dedik” dedi. Bu harika, “orada olması gerektiği halde.” “Ve böylece verilere bakmaya başladık. Verilerde gerçekten kara delikler olmasaydı, bu, Samanyolu’nda kaç tane kara delik olması gerektiğine dair modelimize uymazdı. Karayı anlamada bir şeylerin değişmesi gerekirdi. delikler – sayıları, hızları veya kütleleri.”

Lahm, beş dakikalık lens olaylarının fotometrik ve astrometrisini analiz ettiğinde, OB110462’nin kompakt bir gövdenin özelliklerine sahip olmasına şaşırdım: lens gövdesi karanlık görünüyordu ve bu nedenle bir yıldız değildi; yıldız parlaklığı uzun bir süre, neredeyse 300 gün sürdü; Arka plan yıldızının konumunun bozulması da uzun vadeliydi.

Lamm, lens olayının uzunluğunun ana ipucu olduğunu söyledi. 2020 yılında, kara delik mikro lenslerini aramanın en iyi yolunun çok uzun olayları aramak olduğunu gösterdi. Tespit edilebilecek dakika lens olaylarının yalnızca %1’inin büyük olasılıkla kara deliklerden kaynaklandığını söyledi, bu nedenle tüm olaylara bakmak samanlıkta iğne aramak gibi olurdu. Ancak Lamm’a göre, 120 günden fazla süren mikro mercekleme olaylarının yaklaşık %40’ının kara delikler olması muhtemeldir.

Lamm, “Parlak olayın ne kadar sürdüğü, ön plandaki merceğin arka plandaki yıldızın ışığını ne kadar büyük ölçüde büktüğünün bir ipucudur” dedi. “Daha uzun olaylar büyük olasılıkla kara deliklerden kaynaklanmaktadır. Bu bir garanti değildir, çünkü parlak halkanın süresi yalnızca ön plan merceğinin ne kadar büyük olduğuna değil, aynı zamanda ön plan merceğinin ve arka plan yıldızının ne kadar hızlı hareket ettiğine bağlıdır. Bununla birlikte, arka plan yıldızının görünür konumu için ölçümler de alarak, ön plandaki merceğin gerçekten bir kara delik olup olmadığını doğrulayabiliriz.”

Lu’ya göre, OB110462’nin arka plan yıldızının ışığı üzerindeki yerçekimi etkisi şaşırtıcı derecede uzundu. Yıldızın 2011’deki zirvesine ulaşması yaklaşık bir yıl sürdü ve ardından normale dönmesi yaklaşık bir yıl sürdü.

Daha fazla veri, bir kara deliği bir nötron yıldızından ayırt edecek

OB110462’nin son derece kompakt bir nesneden kaynaklandığını doğrulamak için Low ve Lam, Hubble’dan bazıları geçen Ekim ayında gelen daha fazla astronomik veri istedi. Bu yeni veriler, merceğin yerçekimi alanı nedeniyle yıldızın konumunda meydana gelen değişikliğin olaydan 10 yıl sonra hala gözlemlenebileceğini gösterdi. Daha fazla Hubble mikromercekleme gözlemi, geçici olarak 2022 sonbaharı için planlanıyor.

Yeni verilerin analizi, OB110462’nin büyük olasılıkla bir kara delik veya nötron yıldızı olduğunu doğruladı.

Low ve Lam, iki takımın farklı sonuçlarının, astronomik ve fotometrik verilerin, baş ve kıç nesnelerin göreli hareketlerinin farklı ölçümlerini vermesi gerçeğinden kaynaklandığından şüpheleniyor. Astrolojik analizler de iki takım arasında farklılık gösteriyor. UC Berkeley ekibi, nesnenin bir kara delik mi yoksa bir nötron yıldızı mı olduğunu ayırt etmenin henüz mümkün olmadığını savunuyor, ancak gelecekte daha fazla Hubble verisi ve gelişmiş analiz ile bu uyuşmazlığı çözmeyi umuyorlar.

Lu, “Bunun bir kara delik olduğunu kesin olarak söylesek de, izin verilen tüm çözümleri rapor etmeliyiz. Buna hem daha düşük kütleli kara delikler hem de belki bir nötron yıldızı dahildir.”

Lamm, “Işığın eğrisine, parlaklığa inanamıyorsanız, bu önemli bir şey demektir. Duruma karşı zamana inanamazsanız, bu size önemli bir şey söyler,” dedi. “Yani, bunlardan biri yanlışsa nedenini anlamamız gerekiyor. Veya bir başka olasılık, iki veri setinde ölçtüğümüzün doğru, ancak modelimizin yanlış olduğu. Fotometrik ve astrometrik veriler aynı fiziksel süreçten geliyor, bu da parlaklık ve konumun tutarlı olması gerektiği anlamına geliyor. Birbirleriyle. Demek ki orada bir eksik var.”

Her iki grup da ultra ince lens gövdesinin hızını tahmin etti. Lu/Lam ekibi, saniyede 30 kilometreden daha az, nispeten ılımlı bir hız buldu. STScI ekibi, 45 km/s gibi alışılmadık derecede yüksek bir hız buldu ve bunu, sözde kara deliğin ürettiği süpernovadan aldığı fazladan bir vuruşun sonucu olarak yorumladılar.

Low, ekibinin düşük hız tahminini, kara deliklerin süpernovaların sonucu olmadığı (bugün geçerli olan varsayım), bunun yerine evrende parlak bir sıçrama yapmayan veya sonucu vermeyen başarısız süpernovalardan geldiğine dair yeni bir teoriye olası destek olarak yorumluyor. kara delik bir tekme.

Lu ve Lam’ın çalışmaları Ulusal Bilim Vakfı (1909641) ve Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NNG16PJ26C, NASA FINNESS 80NSSC21K2043) tarafından desteklenmektedir.