Sanatçının bir kara delik çizimi.
Yerçekimi mikro mercekleme ortaya çıkıyor Kara delik aday, galaksideki 200 milyon kişiden biri.
Büyük kütleli yıldızlar hayatlarının sonuna gelip bir süpernovada patladıklarında arkalarında bir kara delik bırakırlar. Yaklaşık bin yıldızdan birinin bir kara delik doğuracak kadar büyük olduğu tahmin ediliyor. İle Samanyolu tahminen 100 ila 400 milyar yıldıza ev sahipliği yapan galaksimizde büyük olasılıkla çok sayıda kara delik var.
Yine de kara deliklerin doğası gereği, özellikle izole edilmişlerse tespit edilmesi çok zor olabilir. Sonuçta, bir kara delik o kadar güçlü bir yerçekimine sahiptir ki, ışık kaçamaz, bu yüzden onları genellikle diğer nesneler üzerindeki yerçekimi etkisiyle veya yuttukları çevreleyen maddenin yarattığı radyasyonla tespit ederiz. Yakındaki nesneler veya biriken madde olmadan, galaksimizde gökbilimciler için esasen görünmez olan yüz milyonlarca kara delik olabilir.
Gökbilimcilerin inandığı gibi, büyük yıldızların ölümü ardında kara delikler bırakırsa, Samanyolu galaksisine dağılmış yüz milyonlarca tanesi olmalıdır. Sorun şu ki, izole edilmiş kara delikler görünmez.
Şimdi, liderliğindeki bir ekip Kaliforniya Üniversitesi, Berkeleygökbilimciler ilk kez, ışığı nesnenin güçlü yerçekimi alanı – sözde kütleçekimsel mikro mercekleme tarafından bozulduğu için daha uzaktaki bir yıldızın parlamasını gözlemleyerek serbest yüzen bir kara deliğin ne olabileceğini keşfettiler.
Lisansüstü öğrencisi Casey Lam ve UC Berkeley astronomi doçenti Jessica Lu liderliğindeki ekip, görünmez kompakt nesnenin kütlesinin güneşinkinin 1,6 ila 4,4 katı olduğunu tahmin ediyor. Gökbilimciler, bir kara deliğe çökebilmek için ölü bir yıldızın arta kalan kalıntısının 2,2 güneş kütlesinden daha ağır olması gerektiğini düşündüklerinden, UC Berkeley araştırmacıları cismin bir kara deliğe dönüşebileceği konusunda uyarıyorlar. nötron yıldızı kara delik yerine Nötron yıldızları da yoğun, oldukça kompakt nesnelerdir, ancak kütleçekimleri, bir kara deliğe daha fazla çökmeyi önleyen iç nötron basıncı ile dengelenir.
Bir kara delik veya bir nötron yıldızı olsun, nesne, başka bir yıldızla eşleşmeden galakside dolaşırken keşfedilen ilk karanlık yıldız kalıntısıdır – bir yıldız “hayaletidir”.
Hubble Uzay Teleskobu, Dünya ile arasındaki görünmez ama çok kompakt ve ağır bir nesne tarafından parlatılan ve bozulan uzak bir yıldızın görüntüsü. UC Berkeley gökbilimcileri tarafından güneşimizin kütlesinin 1,6 ila 4,4 katı olduğu tahmin edilen kompakt nesne, Samanyolu galaksisindeki belki de 200 milyon olan serbest yüzen bir kara delik olabilir. Kredi: Görüntü STScI/NASA/ESA’nın izniyle
Lu, “Bu, yerçekimi mikro mercekleme ile keşfedilen ilk serbest yüzen kara delik veya nötron yıldızı” dedi. “Mikro mercekleme ile bu yalnız, kompakt nesneleri inceleyip tartabiliyoruz. Sanırım başka türlü görülemeyecek bu karanlık nesnelere yeni bir pencere açtık.”
Bu kompakt nesnelerden kaçının Samanyolu galaksisini doldurduğunu belirlemek, astronomların yıldızların evrimini – özellikle nasıl öldüklerini – ve galaksimizi anlamalarına yardımcı olacak ve belki de görünmeyen kara deliklerden herhangi birinin ilkel kara delikler olup olmadığını ortaya çıkaracaktır. kozmologlar, büyük miktarlarda üretildiğini düşünüyorlar. Büyük patlama.
Lam, Lu ve uluslararası ekibi tarafından yapılan analiz, yayımlanmak üzere kabul edildi. Astrofizik Dergisi Mektupları. Analiz, ekibin bir kara delikten kaynaklanmadığı sonucuna vardığı diğer dört mikro mercekleme olayını içeriyor. Beyaz cüce veya bir nötron yıldızı. Ekip ayrıca, galaksideki olası kara delik popülasyonunun 200 milyon olduğu sonucuna vardı – çoğu teorisyenin tahmin ettiği 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 karadeliğe daha yakın olduğunu iddia etti. Kailash Sahu liderliğindeki STScI ekibi tarafından yapılan analizi açıklayan bir makale, yayımlanmak üzere kabul edildi. Astrofizik Dergisi.
Her iki ekip de aynı verileri kullandı: uzak yıldızın ışığı süper kompakt nesne tarafından çarpıtıldığında veya “merceklendiğinde” parlamasının fotometrik ölçümleri ve yerçekiminin bir sonucu olarak uzaktaki yıldızın gökyüzündeki konumunun kaymasının astrometrik ölçümleri. mercek nesnesi tarafından bozulma. Fotometrik veriler iki mikro mercekleme araştırmasından geldi: Şili’de Varşova Üniversitesi tarafından işletilen 1.3 metrelik bir teleskop kullanan Optik Yerçekimi Mercekleme Deneyi (OGLE) ve 1.8- Osaka Üniversitesi tarafından işletilen Yeni Zelanda’daki metrelik teleskop. Astrometrik veriler geldi NASA‘s Hubble uzay teleskobu. STScI, teleskop için bilim programını yönetir ve bilimsel operasyonlarını yürütür.
Her iki mikro mercekleme araştırması da aynı nesneyi yakaladığından, iki adı vardır: MOA-2011-BLG-191 ve OGLE-2011-BLG-0462 veya kısaca OB110462.
Bunun gibi araştırmalar Samanyolu galaksisinde her yıl mikro mercekleme ile parlayan yaklaşık 2.000 yıldız keşfederken, astrometrik verilerin eklenmesi, iki ekibin kompakt nesnenin kütlesini ve Dünya’ya olan mesafesini belirlemesine izin verdi. UC Berkeley liderliğindeki ekip, Samanyolu Gökadası’nın merkezi yönünde ve gökadanın merkezi büyük kara deliğini çevreleyen büyük şişkinliğin yakınında, 2.280 ila 6.260 ışıkyılı (700-1920 parsek) arasında yer aldığını tahmin ediyor.
STScI grubu, yaklaşık 5.153 ışıkyılı (1.580 parsek) uzaklıkta olduğunu tahmin ediyor.
samanlıkta iğne aramak
Lu ve Lam, STScI ekibinin geçici olarak şu sonuca varmasından sonra, nesneyle ilk kez 2020’de ilgilenmeye başladı. beş mikro mercekleme olayı Hubble tarafından gözlemlenen – ki bunların hepsi 100 günden fazla sürdü ve bu nedenle kara delikler olabilirdi – sonuçta kompakt nesnelerden kaynaklanmayabilir.
2008’den beri serbest yüzen kara delikler arayan Lu, verilerin, kabaca 10 milyon ile 1 milyar arasında olduğu tahmin edilen galaksideki bolluklarını daha iyi tahmin etmesine yardımcı olacağını düşündü. Bugüne kadar, yıldız boyutundaki kara delikler yalnızca ikili yıldız sistemlerinin bir parçası olarak bulundu. İkili dosyalardaki kara delikler, ya yıldızdan gelen malzeme kara deliğe düştüğünde üretilen X-ışınlarında ya da iki veya daha fazla kara deliğin birleşmesine duyarlı olan son yerçekimi dalgası dedektörlerinde görülür. Ancak bu olaylar nadirdir.
“Casey ve ben verileri gördük ve gerçekten ilgilendik. ‘Vay canına, kara delik yok’ dedik. Bu harika,” olması gerektiği halde,” dedi Lu. “Ve böylece verilere bakmaya başladık. Verilerde gerçekten hiç kara delik olmasaydı, bu, Samanyolu’nda kaç tane kara delik olması gerektiğine ilişkin modelimize uymazdı. Kara delikler hakkındaki anlayışımızda bir şeylerin değişmesi gerekir – ya sayıları ya da ne kadar hızlı hareket ettikleri ya da kütleleri.”
Lam, beş mikromercekleme olayı için fotometri ve astrometriyi analiz ettiğinde, birinin, OB110462’nin kompakt bir nesnenin özelliklerine sahip olmasına şaşırdı: Mercekleme nesnesi karanlık görünüyordu ve bu nedenle bir yıldız değildi; yıldızların parlaması uzun bir süre, yaklaşık 300 gün sürdü; ve arka plandaki yıldızın konumunun bozulması da uzun süreliydi.
Lam, lens olayının uzunluğunun ana ipucu olduğunu söyledi. 2020’de kara delik mikro lenslerini aramanın en iyi yolunun çok uzun olayları aramak olduğunu gösterdi. Tespit edilebilir mikro mercekleme olaylarının yalnızca %1’inin büyük olasılıkla kara deliklerden kaynaklandığını söyledi, bu nedenle tüm olaylara bakmak samanlıkta iğne aramak gibi olurdu. Ancak Lam, 120 günden fazla süren mikro mercekleme olaylarının yaklaşık %40’ının büyük olasılıkla kara delikler olduğunu hesapladı.
Lam, “Parlaklaşma olayının ne kadar sürdüğü, ön plandaki merceğin arka plan yıldızının ışığını büktüğünün ne kadar büyük olduğuna dair bir ipucu” dedi. “Uzun olayların kara delikler nedeniyle olması daha olasıdır. Yine de bu bir garanti değildir, çünkü parlama bölümünün süresi yalnızca ön plan merceğinin ne kadar büyük olduğuna değil, aynı zamanda ön plan merceğinin ve arka plan yıldızının birbirine göre ne kadar hızlı hareket ettiğine de bağlıdır. Ancak arka plandaki yıldızın görünür konumunu da ölçerek ön plandaki merceğin gerçekten bir kara delik olup olmadığını doğrulayabiliriz.”
Lu’ya göre, OB110462’nin arka plan yıldızının ışığı üzerindeki kütleçekimsel etkisi şaşırtıcı derecede uzundu. Yıldızın 2011’deki zirvesine parlaması yaklaşık bir yıl, ardından normale dönmesi yaklaşık bir yıl sürdü.
Daha fazla veri kara deliği nötron yıldızından ayıracak
OB110462’ye süper kompakt bir nesnenin neden olduğunu doğrulamak için Lu ve Lam, Hubble’dan bazıları geçen Ekim ayında gelen daha fazla astrometrik veri istedi. Bu yeni veriler, merceğin yerçekimi alanının bir sonucu olarak yıldızın konumundaki değişikliğin olaydan 10 yıl sonra hala gözlemlenebilir olduğunu gösterdi. Mikrolenlerle ilgili daha fazla Hubble gözlemi, geçici olarak 2022 sonbaharında planlanıyor.
Yeni verilerin analizi, OB110462’nin muhtemelen bir kara delik veya nötron yıldızı olduğunu doğruladı.
Lu ve Lam, iki ekibin farklı sonuçlarının, astrometrik ve fotometrik verilerin ön plan ve arka plan nesnelerinin göreli hareketlerinin farklı ölçümlerini vermesi gerçeğinden kaynaklandığından şüpheleniyor. Astrometrik analiz de iki takım arasında farklılık gösteriyor. UC Berkeley liderliğindeki ekip, nesnenin bir kara delik mi yoksa bir nötron yıldızı mı olduğunu ayırt etmenin henüz mümkün olmadığını savunuyor, ancak gelecekte daha fazla Hubble verisi ve iyileştirilmiş analiz ile bu uyuşmazlığı çözmeyi umuyorlar.
“Kesinlikle bir kara delik olduğunu söylemek istesek de, izin verilen tüm çözümleri rapor etmeliyiz. Bu, hem daha düşük kütleli kara delikleri hem de muhtemelen bir nötron yıldızını içerir” dedi.
“Işık eğrisine, parlaklığa inanamıyorsanız, bu önemli bir şey söylüyor. Zamana karşı pozisyona inanmıyorsanız, bu size önemli bir şey söylüyor,” dedi Lam. “Yani, bunlardan biri yanlışsa, nedenini anlamalıyız. Veya diğer olasılık, her iki veri setinde de ölçtüğümüzün doğru, ancak modelimizin yanlış olmasıdır. Fotometri ve astrometri verileri aynı fiziksel süreçten kaynaklanır, bu da parlaklık ve konumun birbiriyle tutarlı olması gerektiği anlamına gelir. Yani, orada bir şey eksik. ”
Her iki ekip de süper kompakt mercekleme nesnesinin hızını tahmin etti. Lu/Lam ekibi, saniyede 30 kilometreden daha az, nispeten sakin bir hız buldu. STScI ekibi, 45 km/s gibi alışılmadık derecede büyük bir hız buldu ve bunu, sözde kara deliğin kendisini oluşturan süpernovadan aldığı fazladan bir vuruşun sonucu olarak yorumladı.
Lu, ekibinin düşük hız tahminini, karadeliklerin süpernovaların sonucu olmadığı (bugün geçerli olan varsayım), bunun yerine evrende parlak bir sıçrama yapmayan veya ortaya çıkan karayı vermeyen başarısız süpernovalardan geldiğine dair yeni bir teoriyi potansiyel olarak desteklediği şeklinde yorumluyor. delik bir tekme.
Referans: Casey Y. Lam, Jessica R. Lu, Andrzej Udalski, Ian Bond, David P. Bennett, Jan Skowron, Przemek Mroz, Radek Poleski, Takahiro Sumi tarafından “Astrometrik mikro mercekleme ile tespit edilen izole bir kütle boşluklu kara delik veya nötron yıldızı” , Michal K. Szymanski, Szymon Kozlowski, Pawel Pietrukowicz, Igor Soszynski, Krzysztof Ulaczyk, Lukasz Wyrzykowski, Shota Miyazaki, Daisuke Suzuki, Naoki Koshimoto, Nicholas J. Rattenbury, Matthew W. Homisek Jr. , Akihiko Fukui, Hirosane Fujii, Yuki Hirao, Yoshitaka Itow, Rintaro Kirikawa, Iona Kondo, Yutaka Matsubara, Sho Matsumoto, Yasushi Muraki, Greg Olmschenk, Clement Ranc, Arisa Okamura, Yuki Satoh, Stela Ishitani Silva, Paul Taiga To. Tristram, Aikaterini Vandorou, Hibiki Yama, Natasha S. Abrams, Shrihan Agarwal, Sam Rose ve Sean K. Terry, Kabul Edildi, Astrofizik Dergi Mektupları.
arXiv:2202.01903
Lu ve Lam’ın çalışmaları Ulusal Bilim Vakfı (1909641) ve Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NNG16PJ26C, NASA FINESST 80NSSC21K2043) tarafından desteklenmektedir.