Но новое исследование показывает, что их поиск мог упустить целый класс черных дыр, о существовании которых они не подозревали.
В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Science, астрономы предлагают новый способ поиска черных дыр и показывают, что, возможно, существует класс черных дыр, меньших, чем самые маленькие из известных черных дыр во Вселенной.
«Мы показываем намек на то, что есть еще одна популяция, которую нам еще предстоит исследовать в поисках черных дыр», – сказал Тодд Томпсон, профессор астрономии в Университете штата Огайо и ведущий автор исследования.
"Люди пытаются понять взрывы сверхновых, как взрываются сверхмассивные черные звезды, как элементы образовывались в сверхмассивных звездах. Итак, если бы мы могли выявить новую популяцию черных дыр, это бы больше рассказывало нам о том, какие звезды взрываются, а какие нет, которые образуют черные дыры, которые образуют нейтронные звезды. Это открывает новую область обучения."
Представьте себе перепись города, в которой насчитывалось только людей ростом 5 футов 9 дюймов и выше – и представьте, что счетчики даже не знали о существовании людей ростом ниже 5 футов 9 дюймов. Данные этой переписи будут неполными, что даст неточную картину населения. По сути, именно это и происходит в поисках черных дыр, сказал Томпсон.
Астрономы давно ищут черные дыры, гравитационное притяжение которых настолько велико, что ничто – ни материя, ни излучение – не может ускользнуть. Черные дыры образуются, когда некоторые звезды умирают, сжимаются и взрываются. Астрономы также искали нейтронные звезды – маленькие плотные звезды, которые образуются, когда некоторые звезды умирают и коллапсируют.
Оба могут содержать интересную информацию об элементах на Земле и о том, как звезды живут и умирают. Но чтобы получить эту информацию, астрономы сначала должны выяснить, где находятся черные дыры. И чтобы выяснить, где находятся черные дыры, им нужно знать, что они ищут.
Одна подсказка: черные дыры часто существуют в так называемой двоичной системе.
Это просто означает, что две звезды расположены достаточно близко друг к другу, чтобы быть заблокированы вместе гравитацией на взаимной орбите вокруг друг друга. Когда одна из этих звезд умирает, другая может остаться, все еще вращаясь вокруг пространства, где когда-то жила мертвая звезда – теперь черная дыра или нейтронная звезда – и где образовалась черная дыра или нейтронная звезда.
В течение многих лет черные дыры, о которых знали ученые, были примерно в 5-15 раз больше массы Солнца.
Известные нейтронные звезды обычно не больше 2.В 1 раз больше массы Солнца – если они были больше 2.В 5 раз больше массы Солнца, они превратятся в черную дыру.
Но летом 2017 года в ходе обзора под названием LIGO (Гравитационно-волновая обсерватория с лазерным интерферометром) были обнаружены две черные дыры, сливающиеся вместе в галактике примерно на 1 дюйм.8 миллионов световых лет от нас. Одна из этих черных дыр была примерно в 31 раз больше массы Солнца; другой примерно в 25 раз больше массы Солнца.
«Сразу все сказали:« Вау! », Потому что это было очень впечатляюще», – сказал Томпсон. "Не только потому, что он доказал, что LIGO работает, но и потому, что масса была огромной.
Черные дыры такого размера имеют большое значение – мы их раньше не видели."
Томпсон и другие астрофизики давно подозревали, что черные дыры могут иметь размеры за пределами известного диапазона, и открытие LIGO доказало, что черные дыры могут быть больше.
Но оставалось расстояние между самыми большими нейтронными звездами и самыми маленькими черными дырами.
Томпсон решил посмотреть, сможет ли он разгадать эту загадку.
Он и другие ученые начали анализировать данные из APOGEE, эксперимента по галактической эволюции обсерватории Апач-Пойнт, в котором были собраны световые спектры примерно 100000 звезд через Млечный Путь. Спектры, как сообразил Томпсон, могут показать, может ли звезда вращаться вокруг другого объекта: изменения в спектрах – например, сдвиг в сторону более голубых длин волн с последующим сдвигом в сторону более красных длин волн – могут показать, что звезда вращается вокруг невидимого объекта. товарищ.
Томпсон начал просматривать данные в поисках звезд, которые показали это изменение, указывающее на то, что они могут вращаться вокруг черной дыры.
Затем он сузил данные APOGEE до 200 звезд, которые могут быть наиболее интересными.
Он передал данные аспиранту из штата Огайо Таринду Джаясингхе, который собрал тысячи изображений каждой потенциальной двойной системы из ASAS-SN, автоматизированного обзора сверхновых звезд всего неба. (ASAS-SN обнаружила около 1000 сверхновых, и находится в штате Огайо.)
Их обработка данных обнаружила гигантскую красную звезду, которая, казалось, вращается вокруг чего-то, но это что-то, согласно их расчетам, вероятно, было намного меньше известных черных дыр в Млечном Пути, но намного больше, чем большинство известных нейтронных звезд.
После дополнительных расчетов и дополнительных данных от спектрографа Tillinghast Reflector Echelle и спутника Gaia они поняли, что нашли черную дыру малой массы, вероятно, около 3 лет.В 3 раза больше массы Солнца.
«То, что мы сделали здесь, – это новый способ поиска черных дыр, но мы также потенциально идентифицировали одну из первых черных дыр нового класса с малой массой, о которой астрономы раньше не знали."Томпсон сказал. "Масса вещей рассказывают нам об их формировании и эволюции, и они рассказывают нам о своей природе."