Crne rupe jedna su od najnevjerovatnijih i najtajanstvenijih sila prirode. Istodobno, oni su temeljni za naše razumijevanje astrofizike. Ne samo da su crne rupe rezultat posebno masivnih zvijezda koje na kraju svog života idu supernove, već su ključne i za naše razumijevanje Opće relativnosti i vjeruje se da su igrale ulogu u kozmičkoj evoluciji.
Zbog toga astronomi dugi niz godina marljivo pokušavaju stvoriti popis crnih rupa u galaksiji Mliječni put. Međutim, nova istraživanja pokazuju da su astronomi možda previdjeli čitavu klasu crnih rupa. To dolazi iz nedavnog otkrića u kojem je tim astronoma promatrao crnu rupu koja je tek nešto više od tri solarne mase, što je čini najmanjom crnom rupom do sada otkrivenom.
Studija, "Neintegrirajući binarni sustav male mase, crna rupa - gigantski zvijezda", nedavno se pojavila u časopisu Znanost. Odgovorni tim predvodili su astronomi sa Državnog sveučilišta Ohio, a uključivali su članove Harvard-Smithsonian Centra za astrofiziku, Opservatorija Carnegie Institucije za znanost, Dark Dark Cosmology Center i više opservatorija i sveučilišta.
Otkriće je bilo posebno značajno jer je identificiralo objekt za koji astrofizičari ranije nisu znali da postoji. Kao rezultat toga, znanstvenici su sada prisiljeni preispitati ono što su mislili da znaju o populaciji crnih rupa u našoj galaksiji. Kao što je objasnio Todd Thompson, profesor astronomije na Državnom sveučilištu Ohio i glavni autor studije:
"Pokazujemo ovo nagovještaj da postoji još jedna populacija koju tek treba istražiti u potrazi za crnim rupama. Ljudi pokušavaju razumjeti eksplozije supernove, kako eksplodiraju supermasivne crne zvijezde, kako su elementi nastali u supermasivim zvijezdama. Dakle, ako bismo mogli otkriti novu populaciju crnih rupa, to bi nam više reklo koje zvijezde eksplodiraju, a koje ne, koje formiraju crne rupe, a koje stvaraju neutronske zvijezde. To otvara novo područje studija. "
Zbog utjecaja koji imaju na prostor i vrijeme, astronomi su dugo tragali za crnim rupama i neutronskim zvijezdama. Budući da su i oni koji rezultiraju kada zvijezde umiru, također bi mogle pružiti informacije o životnim ciklusima zvijezda i o tome kako nastaju elementi. Da bi to postigli, astronomi prvo trebaju utvrditi gdje se nalaze crne rupe u našoj galaksiji, što zahtijeva da znaju što treba tražiti.
Jedan od načina da ih pronađete je traženje binarnih sustava, gdje su dvije zvijezde međusobno zatvorene u orbiti zbog međusobne gravitacije. Kada se jedna od ovih zvijezda podvrgne gravitacijskom kolapsu pri kraju svog života, ona će se ili srušiti u obliku neutronske zvijezde ili crne rupe. Ako je prateća zvijezda dostigla fazu Crvenog odsječka (RBP) svoje evolucije, znatno će se proširiti.
Ovo širenje rezultirat će da crveni div postane podložan svojoj crnoj rupi ili pratnji neutronske zvijezde. To će rezultirati time da se materijal povuče s površine prvog i polako potroši. O tome svjedoče toplina i rendgenske zrake koje se emitiraju dok se materijal zvijezde nakuplja na njenu crnu rupu.
Do sada su sve crne rupe u našoj galaksiji koje su astronomi identificirali bilo između pet i petnaest sunčevih masa. Neutronske zvijezde, za razliku od toga, uglavnom nisu veće od oko 2,1 solarne mase jer bi se sve veće od 2,5 solarne mase urušilo u crnu rupu. Kad su LIGO i Djevica zajedno otkrili gravitacijske valove uzrokovane spajanjem crne rupe, bili su to 31, odnosno 25 solarnih masa.
To je pokazalo da se mogu pojaviti crne rupe izvan onoga što astronomi smatraju normalnim dometom. Kao što je Thompson rekao:
"Odmah, svi su bili kao" vau ", jer je bila tako spektakularna stvar. Ne samo zato što je dokazao da LIGO djeluje, već i zato što su mase bile ogromne. Crne rupe su takve veličine - nismo ih ranije vidjeli. "
Ovo je otkriće nadahnulo Thompsona i njegove kolege da razmotre mogućnost postojanja neotkrivenih objekata koji su boravili između najvećih neutronskih zvijezda i najmanjih crnih rupa. Da bi to istražili, započeli su kombinirati podatke iz Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) - astronomskog istraživanja koje prikuplja spektar od oko 100.000 zvijezda širom galaksije.
Thompson i njegovi kolege ispitivali su ovaj spektar kako bi pronašli znakove promjena koje bi ukazivale da li zvijezda može biti u orbiti oko drugog objekta. Točnije, ako neka zvijezda pokazuje znakove Doplerovog pomaka - gdje će se njegovi spektri izmjenjivati između pomicanja prema plavijem kraju i zatim crvenijih valnih duljina - to bi bio pokazatelj da bi mogla orbitirati za nevidljivim pratiteljem.
Ova je metoda jedno od najučinkovitijih i najpopularnijih sredstava za utvrđivanje ima li zvijezda orbitirani planet planeta. Dok planeti kruže oko zvijezde, na nju djeluju gravitaciona sila zbog čega se ona kreće naprijed-nazad. Thompson i njegovi kolege iskoristili su istu vrstu pomaka kako bi utvrdili može li neka od zvijezda APOGEE-a orbitirati oko crne rupe.
Sve je započelo s Thompsonom koji je smanjio podatke APOGEE-a na 200 kandidata, što se pokazalo najzanimljivijim. Potom je podatke dao Tharindu Jayasinghe (diplomirani znanstveni suradnik u državi Ohio) koji je potom koristio podatke iz All-Sky Automatiziranog istraživanja za supernove (ASAS-SN) - kojim upravlja OSU i pronašlo je preko 1000 supernova - za prikupljanje tisuća slika svakog kandidata.
Ovo je otkrilo divovsku crvenu zvijezdu koja je izgledala kao da kruži oko nečeg što je mnogo manje od bilo koje poznate crne rupe, ali mnogo veće od svih poznatih neutronskih zvijezda. Nakon što su kombinirali rezultate s dodatnim podacima iz Echelle spektrografa refleksa Tillinghast (TRES) i satelita Gaia, shvatili su da su pronašli crnu rupu otprilike 3,3 puta veću od mase Sunca.
Ovaj rezultat ne samo da potvrđuje postojanje nove klase crnih rupa male mase, već je pružio i novu metodu za njihovo pronalaženje. Kao što je Thompson objasnio:
"Ono što smo ovdje učinili smislio je novi način pretraživanja crnih rupa, ali smo takođe potencijalno identificirali jednu od prvih u klasi nove crne rupe niske mase o kojoj astronomi ranije nisu znali. Masa stvari nam govori o njihovom nastanku i evoluciji i govore o njihovoj prirodi. "
