Găurile negre sunt una dintre cele mai nemaipomenite și misterioase forțe ale naturii. În același timp, acestea sunt fundamentale pentru înțelegerea astrofizicii noastre. Nu numai că găurile negre sunt rezultatul unor stele deosebit de masive care trec prin supernove la sfârșitul vieții, dar sunt esențiale pentru înțelegerea relativității noastre generale și se crede că au jucat un rol în evoluția cosmică.
Din această cauză, astronomii încearcă cu sârguință să creeze un recensământ de găuri negre în galaxia Calea Lactee de mai mulți ani. Cu toate acestea, noile cercetări indică faptul că astronomii ar fi putut trece cu vederea o întreagă clasă de găuri negre. Aceasta vine dintr-o descoperire recentă în care o echipă de astronomi a observat o gaură neagră care este puțin peste trei mase solare, ceea ce o face cea mai mică gaură neagră descoperită până în prezent.
Studiul „Un sistem binar de masă mică neinteractantă - sistem binar cu stele uriașe” a apărut recent în jurnal Ştiinţă. Echipa responsabilă a fost condusă de astronomi de la Universitatea de Stat din Ohio și a inclus membri de la Centrul de Astrofizică Harvard-Smithsonian, Observatorii Instituției Carnegie pentru Știință, Centrul de Cosmologie Întunecată și observatorii și universități multiple.
Descoperirea a fost de remarcat mai ales pentru că a identificat un obiect pe care astrofizicienii nu știau că există. Drept urmare, oamenii de știință sunt acum obligați să reconsidere ceea ce credeau că știu despre populația găurilor negre din galaxia noastră. După cum a explicat Todd Thompson, profesor de astronomie la Universitatea de Stat din Ohio și autorul principal al studiului:
„Arătăm acest indiciu că există o altă populație acolo, pe care trebuie să o analizăm cu adevărat în căutarea găurilor negre. Oamenii încearcă să înțeleagă exploziile de supernove, modul în care explodează stelele negre supermasive, modul în care elementele au fost formate în stele supermasive. Deci, dacă am putea dezvălui o nouă populație de găuri negre, ne-ar spune mai multe despre stelele care explodează, care nu, care formează găuri negre, care formează stele neutronice. Deschide un nou domeniu de studiu. ”
Din cauza influenței pe care o au în spațiu și timp, astronomii au căutat mult timp găuri negre și stele de neutroni. Deoarece sunt și rezultatele când mor stelele, acestea ar putea oferi și informații despre ciclurile de viață ale stelelor și modul în care se formează elementele. Pentru a face acest lucru, astronomii trebuie mai întâi să stabilească unde se găsesc găurile negre din galaxia noastră, ceea ce necesită să știe ce să caute.
O modalitate de a le găsi este să căutați sisteme binare, unde două stele sunt blocate în orbită una cu cealaltă datorită gravității lor reciproce. Când una dintre aceste stele suferă un colaps gravitațional aproape de sfârșitul vieții sale, se va prăbuși fie pentru a forma o stea neutronă, fie o gaură neagră. Dacă steaua însoțitoare a atins faza Red Branch (RBP) a evoluției sale, se va extinde considerabil.
Această expansiune va avea ca rezultat faptul că gigantul roșu va deveni supus însoțitorului său de gaură neagră sau de stele cu neutroni. Aceasta va duce la extragerea materialului de pe suprafața primului și consumată încet de acesta. Acest lucru este demonstrat de căldura și razele X care sunt emise ca material de la stea este acumulat pe tovarășul său cu gaura neagră.
Până acum, toate găurile negre din galaxia noastră identificate de astronomi erau între cinci și cincisprezece mase solare. Dimpotrivă, stelele neutronice nu sunt în general mai mari de aproximativ 2.1 mase solare, deoarece nimic mai mare de 2,5 mase solare s-ar prăbuși pentru a forma o gaură neagră. Când undele gravitaționale LIGO și Virgo au detectat în comun, cauzate de o fuziune a găurilor negre, au fost 31 și 25 mase solare, respectiv.
Acest lucru a demonstrat că găurile negre ar putea apărea în afara ceea ce astronomii au considerat a fi intervalul normal. După cum a spus Thompson:
„Imediat, toată lumea a fost ca„ wow ”, pentru că a fost un lucru atât de spectaculos. Nu numai pentru că s-a dovedit că LIGO funcționează, ci pentru că masele erau uriașe. Găurile negre de dimensiunea lor sunt o sumă importantă - nu le-am mai văzut până acum. "
Această descoperire a inspirat Thompson și colegii săi să ia în considerare posibilitatea ca s-ar putea să existe obiecte nedescoperite care locuiau între cele mai mari stele cu neutroni și cele mai mici găuri negre. Pentru a investiga acest aspect, au început să combine date din experimentul de evoluție galactică al Observatorului Apache Point (APOGEE) - un sondaj astronomic care colectează spectre de la aproximativ 100.000 de stele pe toată galaxia.
Thompson și colegii săi au examinat aceste spectre pentru semne de schimbări care ar indica dacă o stea ar putea orbita în jurul unui alt obiect. Mai exact, dacă o stea arăta semne ale deplasării Doppler - unde spectrele sale vor alterna între deplasarea spre capătul mai alb și apoi lungimile de undă roșii - aceasta ar fi un indiciu că ar putea orbita un însoțitor nevăzut.
Această metodă este unul dintre cele mai eficiente și populare mijloace de a determina dacă o stea are un sistem de orbitare de planete. Pe măsură ce planetele orbitează o stea, ele exercită asupra ei o forță gravitațională care o determină să se deplaseze înainte și înapoi. Acelasi tip de schimb a fost folosit de Thompson si colegii sai pentru a stabili daca oricare dintre stelele APOGEE ar putea orbita o gaura neagra.
A început cu Thompson restrângerea datelor APOGEE până la 200 de candidați care s-au dovedit a fi cei mai interesanți. A dat apoi datele Tharindu Jayasinghe (un asociat de cercetare absolvită în statul Ohio) care apoi a folosit datele din Studiul automatizat All-Sky pentru Supernovee (ASAS-SN) - care este condus de OSU și a găsit peste 1.000 de supernove - pentru a compila mii imagini ale fiecărui candidat.
Acest lucru a dezvăluit o stea roșie uriașă care părea să orbiteze ceva care era mult mai mic decât orice gaură neagră cunoscută, dar mult mai mare decât orice stele neutronice cunoscute. După ce au combinat rezultatele cu date suplimentare de la Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES) și satelitul Gaia, au realizat că au găsit o gaură neagră de aproximativ 3,3 ori mai mare decât masa Soarelui.
Acest rezultat nu numai că confirmă existența unei noi clase de gaură neagră cu masă mică, dar a furnizat și o nouă metodă pentru localizarea acestora. După cum a explicat Thompson:
„Ceea ce am făcut noi aici a venit cu o nouă modalitate de a căuta găuri negre, dar, de asemenea, am identificat una dintre primele clase dintr-o nouă clasă de găuri negre cu masă mică, despre care astronomii nu mai cunoscuseră până acum. Masele de lucruri ne spun despre formarea și evoluția lor și ne spun despre natura lor. ”
