Mustad augud on üks looduse kõige vingematest ja salapärasematest jõududest. Samal ajal on need meie astrofüüsika mõistmise põhialused. Mustad augud ei ole mitte ainult eriti massiivsete tähtede tagajärjel, mis lähevad elu lõpul supernoova, vaid need on ka võtmeks meie üldise relatiivsuse mõistmisel ja arvatakse, et nad on oma osa kosmilises evolutsioonis.
Seetõttu on astronoomid püüdnud aastaid usinalt luua Linnutee galaktikas mustade aukude loendust. Uued uuringud näitavad siiski, et astronoomid võisid jätta tähelepanuta terve mustade aukude klassi. See pärineb hiljutisest avastusest, kus astronoomide meeskond täheldas musta auku, mis on pisut üle kolme Päikese massi, muutes sellest väikseima seni avastatud musta augu.
Hiljuti ilmus ajakirjas uuring „Mitteinterakteeruv väikese massiga musta augu - hiiglasliku tähe binaarsüsteem“ Teadus. Vastutavat meeskonda juhtisid Ohio Riikliku Ülikooli astronoomid ja sellesse kuulusid liikmed Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskusest, Carnegie Teadusasutuse vaatluskeskustest, Tumeda kosmoloogia keskusest ning mitmetest vaatluskeskustest ja ülikoolidest.
Avastus oli eriti tähelepanuväärne, kuna see tuvastas objekti, mida astrofüüsikud varem ei teadnud, et olemas on. Selle tulemusel on teadlased sunnitud nüüd ümber mõtlema, mida nad arvasid meie galaktika mustade aukude populatsioonist teadvat. Todd Thompson, Ohio Riikliku Ülikooli astronoomiaprofessor ja uuringu juhtiv autor, selgitas:
„Me näitame seda vihjet, et seal on veel üks elanikkond, keda meil pole veel vaja mustade aukude otsimisel proovile panna. Inimesed üritavad mõista supernoova plahvatusi, seda, kuidas supermassiivsed mustad tähed plahvatavad, kuidas elemendid moodustusid supermassiivsetes tähtedes. Nii et kui me suudaksime paljastada uue mustade aukude populatsiooni, räägiks see meile rohkem sellest, millised tähed plahvatavad, millised mitte, millised moodustavad mustad augud, mis moodustavad neutronitähed. See avab uue õppesuuna. ”
Kuna neil on ruumi ja aja mõju, on astronoomid juba ammu otsinud mustaid auke ja neutrontähti. Kuna need on ka tähtede surma tagajärjed, võiksid nad anda teavet ka tähtede elutsüklite ja elementide moodustumise kohta. Selleks peavad astronoomid kõigepealt välja selgitama, kus asuvad meie galaktikas mustad augud, mis nõuab, et nad teaksid, mida otsida.
Üks viis nende leidmiseks on otsida binaarsüsteeme, kus kaks tähte on vastastikuse gravitatsiooni tõttu üksteisega orbiidil lukustatud. Kui üks neist tähtedest läbib oma elu lõpul gravitatsioonilise kokkuvarisemise, kukub see kas kokku neutronitähe või musta augu moodustamiseks. Kui kaastäht on jõudnud oma evolutsiooni punase hargnemise faasi (RBP), laieneb see märkimisväärselt.
Selle laienemise tagajärjel muutub punane hiiglane oma musta augu või neutronitähe kaaslaseks. Selle tulemuseks on asjaolu, et materjal tõmmatakse esimese pinnalt välja ja viimane aeglaselt tarbib. Selle tõenduseks on kuumus ja röntgenikiirgus, mis eraldub tähe materjalina selle musta augu kaaslasele.
Siiani olid kõik meie galaktika astronoomide tuvastatud mustad augud vahemikus viis kuni viisteist päikesemassi. Neutronitähed seevastu ei ole tavaliselt suuremad kui umbes 2,1 päikese massi, kuna kõik, mis on suurem kui 2,5 päikese massi, varisevad kokku musta augu moodustamiseks. Kui LIGO ja Neitsi tuvastasid ühiselt musta augu ühinemisest põhjustatud gravitatsioonilained, olid need vastavalt 31 ja 25 päikese massi.
See näitas, et mustad augud võivad tekkida väljaspool seda, mida astronoomid pidasid normaalseks. Nagu Thompson ütles:
„Kohe olid kõik nagu vau, sest see oli nii suurejooneline asi. Mitte ainult seetõttu, et see tõestas, et LIGO töötas, vaid ka seetõttu, et mass oli tohutu. Selliste mõõtmetega mustad augud on suur asi - me polnud neid varem näinud. ”
See avastus innustas Thompsonit ja tema kolleege kaaluma võimalust, et suurimate neutronitähtede ja väikseimate mustade aukude vahel võivad asuda avastamata objektid. Selle uurimiseks asusid nad ühendama Apache Pointi vaatluskeskuse galaktilise evolutsiooni eksperimendi (APOGEE) andmeid - astronoomilist uuringut, mis kogub umbes 100 000 tähe spektreid kogu galaktikas.
Thompson ja tema kolleegid uurisid seda spektrit muutuste märkide osas, mis osutaksid sellele, kas mõni täht tiirleb teise objekti ümber. Täpsemalt, kui täht näitab Doppleri nihke märke - kus selle spektrid vahelduvad sinisemast otsast nihkumise ja seejärel punasema lainepikkuse vahel -, siis oleks see märk sellest, et see võib tiirutada mööda nägemata kaaslast.
See meetod on üks tõhusamaid ja populaarsemaid meetodeid, mille abil saab kindlaks teha, kas tähel on planeetide orbiidisüsteem. Kui planeedid tiirlevad tähe ümber, avaldavad nad sellele gravitatsioonijõudu, mis põhjustab selle edasi-tagasi liikumist. Sama tüüpi nihet kasutasid Thompson ja tema kolleegid, et teha kindlaks, kas mõni APOGEE tähtedest tiirleb ümber musta augu.
See algas sellega, et Thompson ahendas APOGEE andmeid 200 kandidaadini, mis osutus kõige huvitavamaks. Seejärel andis ta andmed Tharindu Jayasinghe'ile (Ohio osariigi lõpetanud teadustöötajale), kes kasutas seejärel tuhandete koostamiseks andmeid kogu taeva supernoovade automatiseeritud uuringust (ASAS-SN) - mida juhib OSU ja mis leidis üle 1000 supernoova. iga kandidaadi piltide arv.
See paljastas hiiglasliku punase tähe, mis näis tiirlevat ümber millegi, mis oli palju väiksem kui ükski teadaolev must auk, kuid palju suurem kui ükski teadaolev neutronitäht. Pärast tulemuste ühendamist Tillinghasti reflektor Echelle Spectrographi (TRES) ja Gaia satelliidi lisaandmetega mõistsid nad, et nad olid leidnud musta augu, mis oli Päikese massist umbes 3,3 korda suurem.
See tulemus ei kinnita mitte ainult väikese massiga musta augu uue klassi olemasolu, vaid ka uue meetodi nende leidmiseks. Nagu Thompson selgitas:
„See, mida me siin teinud oleme, on tulnud välja uus viis mustade aukude otsimiseks, kuid potentsiaalselt oleme ka tuvastanud ühe esimese väikse massiga mustade aukude klassist, millest astronoomid polnud varem teadnud. Asjade mass räägib meile nende kujunemisest ja arengust ning meile oma olemusest. ”
