Οι μαύρες τρύπες είναι μια από τις πιο φοβερές και μυστηριώδεις δυνάμεις της φύσης. Ταυτόχρονα, είναι θεμελιώδεις για την κατανόηση της αστροφυσικής. Όχι μόνο οι μαύρες τρύπες είναι το αποτέλεσμα ιδιαίτερα μαζικών αστεριών που πηγαίνουν σουπερνόβα στο τέλος της ζωής τους, είναι επίσης το κλειδί για την κατανόησή μας για τη Γενική Σχετικότητα και πιστεύεται ότι έπαιξαν ρόλο στην κοσμική εξέλιξη.
Εξαιτίας αυτού, οι αστρονόμοι προσπαθούν επιμελώς να δημιουργήσουν απογραφή μαύρων τρυπών στον γαλαξία του Γαλαξία για πολλά χρόνια. Ωστόσο, μια νέα έρευνα δείχνει ότι οι αστρονόμοι μπορεί να έχουν παραβλέψει μια ολόκληρη κατηγορία μαύρων οπών. Αυτό προέρχεται από μια πρόσφατη ανακάλυψη όπου μια ομάδα αστρονόμων παρατήρησε μια μαύρη τρύπα που είναι λίγο πάνω από τρεις ηλιακές μάζες, καθιστώντας την τη μικρότερη μαύρη τρύπα που έχει ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα.
Η μελέτη, «Ένα μη αλληλεπιδραστικό σύστημα δυαδικών συστημάτων αστέρι με τεράστια μαύρη τρύπα», εμφανίστηκε πρόσφατα στο περιοδικό Επιστήμη. Η υπεύθυνη ομάδα καθοδηγείται από αστρονόμους από το κρατικό πανεπιστήμιο του Οχάιο και περιελάμβανε μέλη από το Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, τα Παρατηρητήρια του Carnegie Institution for Science, το Dark Cosmology Center, και πολλά παρατηρητήρια και πανεπιστήμια.
Η ανακάλυψη ήταν ιδιαίτερα αξιοσημείωτη διότι εντόπισε ένα αντικείμενο που οι αστροφυσικοί δεν γνώριζαν στο παρελθόν. Ως αποτέλεσμα, οι επιστήμονες αναγκάζονται τώρα να επανεξετάσουν τι νόμιζαν ότι γνώριζαν για τον πληθυσμό των μαύρων τρυπών στον γαλαξία μας. Όπως εξήγησε ο Todd Thompson, καθηγητής αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης:
«Δείχνουμε αυτήν την υπόδειξη ότι υπάρχει ένας άλλος πληθυσμός εκεί έξω που δεν έχουμε ακόμη διερευνήσει πραγματικά την αναζήτηση μαύρων τρυπών. Οι άνθρωποι προσπαθούν να κατανοήσουν τις εκρήξεις σουπερνόβα, πώς εκρήγνυνται τα υπερμεγέθη μαύρα αστέρια, πώς τα στοιχεία σχηματίστηκαν σε υπερμεγέθη αστέρια. Έτσι, αν μπορούσαμε να αποκαλύψουμε έναν νέο πληθυσμό μαύρων τρυπών, θα μας έλεγε περισσότερα για το ποια αστέρια εκρήγνυνται, ποια όχι, ποια αποτελούν μαύρες τρύπες, που σχηματίζουν αστέρια νετρονίων Ανοίγει έναν νέο τομέα μελέτης. "
Λόγω της επιρροής που έχουν στον χώρο και το χρόνο, οι αστρονόμοι αναζητούν εδώ και καιρό μαύρες τρύπες και αστέρια νετρονίων. Δεδομένου ότι είναι επίσης τα αποτελέσματα όταν πεθαίνουν τα αστέρια, θα μπορούσαν επίσης να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τους κύκλους ζωής των αστεριών και τον τρόπο σχηματισμού των στοιχείων. Για να γίνει αυτό, οι αστρονόμοι πρέπει πρώτα να προσδιορίσουν πού βρίσκονται οι μαύρες τρύπες στον γαλαξία μας, κάτι που απαιτεί να ξέρουν τι να ψάξουν.
Ένας τρόπος να τα βρείτε είναι να αναζητήσετε δυαδικά συστήματα, όπου δύο αστέρια είναι κλειδωμένα σε τροχιά μεταξύ τους λόγω της αμοιβαίας βαρύτητάς τους. Όταν ένα από αυτά τα αστέρια υφίσταται βαρυτική κατάρρευση κοντά στο τέλος της ζωής του, είτε θα καταρρεύσει για να σχηματίσει ένα αστέρι νετρονίων είτε μια μαύρη τρύπα. Εάν το συνοδευτικό αστέρι έχει φτάσει στη φάση του κόκκινου κλάδου (RBP) της εξέλιξής του, θα επεκταθεί σημαντικά.
Αυτή η επέκταση θα έχει ως αποτέλεσμα ο κόκκινος γίγαντας να υπόκειται στη μαύρη τρύπα ή στον σύντροφό του με αστέρια νετρονίων. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα το υλικό να τραβιέται από την επιφάνεια του πρώτου και να καταναλώνεται αργά από το δεύτερο. Αυτό αποδεικνύεται από τη θερμότητα και τις ακτίνες Χ που εκπέμπονται καθώς το υλικό από το αστέρι συσσωρεύεται στον σύντροφό του με τη μαύρη τρύπα.
Μέχρι τώρα, όλες οι μαύρες τρύπες στον γαλαξία μας που εντοπίστηκαν από τους αστρονόμους ήταν μεταξύ πέντε και δεκαπέντε ηλιακών μαζών. Αντίθετα, τα αστέρια νετρονίων δεν είναι γενικά μεγαλύτερα από 2,1 ηλιακές μάζες, καθώς κάτι μεγαλύτερο από 2,5 ηλιακές μάζες θα καταρρεύσει για να σχηματίσει μια μαύρη τρύπα. Όταν τα LIGO και Virgo ανίχνευσαν από κοινού κύματα βαρύτητας που προκλήθηκαν από μια συγχώνευση μαύρων οπών, ήταν 31 και 25 ηλιακές μάζες, αντίστοιχα.
Αυτό έδειξε ότι οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να εμφανιστούν έξω από αυτό που οι αστρονόμοι θεωρούσαν ως το κανονικό εύρος. Όπως είπε ο Τόμπσον:
«Αμέσως, όλοι ήταν σαν« wow », γιατί ήταν τόσο θεαματικό πράγμα. Όχι μόνο επειδή απέδειξε ότι ο LIGO λειτούργησε, αλλά και επειδή οι μάζες ήταν τεράστιες. Οι μαύρες τρύπες που έχουν μέγεθος είναι μεγάλη υπόθεση - δεν τις είχαμε ξαναδεί. "
Αυτή η ανακάλυψη ενέπνευσε τον Thompson και τους συναδέλφους του να εξετάσουν το ενδεχόμενο να υπάρχουν αντικείμενα που δεν έχουν ανακαλυφθεί που κατοικούσαν μεταξύ των μεγαλύτερων αστεριών νετρονίων και των μικρότερων μαύρων οπών. Για να το διερευνήσουν, άρχισαν να συνδυάζουν δεδομένα από το Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) - μια αστρονομική έρευνα που συλλέγει φάσματα από περίπου 100.000 αστέρια στον γαλαξία.
Ο Thompson και οι συνάδελφοί του εξέτασαν αυτό το φάσμα για σημάδια αλλαγών που θα έδειχναν εάν ένα αστέρι θα μπορούσε να περιστρέφεται γύρω από ένα άλλο αντικείμενο. Συγκεκριμένα, εάν ένα αστέρι έδειχνε σημάδια μετατόπισης Doppler - όπου τα φάσματα του θα εναλλάσσονται μεταξύ της μετατόπισης προς το πιο μπλε άκρο και μετά του κόκκινου μήκους κύματος - αυτό θα ήταν μια ένδειξη ότι μπορεί να βρίσκεται σε τροχιά ενός αόρατου συντρόφου.
Αυτή η μέθοδος είναι ένα από τα πιο αποτελεσματικά και δημοφιλή μέσα για να προσδιοριστεί εάν ένα αστέρι έχει ένα σύστημα πλανητών σε τροχιά. Καθώς οι πλανήτες περιστρέφονται γύρω από ένα αστέρι, ασκούν μια βαρυτική δύναμη πάνω του που το αναγκάζει να κινείται μπρος-πίσω. Αυτό το ίδιο είδος μετατόπισης χρησιμοποιήθηκε από τον Thompson και τους συναδέλφους του για να προσδιορίσουν εάν κάποιο από τα αστέρια του APOGEE μπορεί να βρίσκεται σε τροχιά γύρω από μια μαύρη τρύπα.
Ξεκίνησε με τον Thompson να περιορίζει τα δεδομένα APOGEE σε 200 υποψηφίους που αποδείχτηκε το πιο ενδιαφέρον. Έπειτα έδωσε τα δεδομένα στον Tharindu Jayasinghe (απόφοιτος ερευνητής στο Ohio State), ο οποίος στη συνέχεια χρησιμοποίησε δεδομένα από το All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) - το οποίο διευθύνεται από το OSU και βρήκε πάνω από 1.000 σουπερνόβα - για να συγκεντρώσει χιλιάδες εικόνων κάθε υποψηφίου.
Αυτό αποκάλυψε ένα τεράστιο κόκκινο αστέρι που φαινόταν να περιστρέφεται σε κάτι που ήταν πολύ μικρότερο από οποιαδήποτε γνωστή μαύρη τρύπα, αλλά πολύ μεγαλύτερο από οποιαδήποτε γνωστά αστέρια νετρονίων. Αφού συνδυάστηκαν τα αποτελέσματα με πρόσθετα δεδομένα από τον Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES) και τον δορυφόρο Gaia, συνειδητοποίησαν ότι είχαν βρει μια μαύρη τρύπα περίπου 3,3 φορές τη μάζα του Ήλιου.
Αυτό το αποτέλεσμα όχι μόνο επιβεβαιώνει την ύπαρξη μιας νέας κατηγορίας μαύρης τρύπας χαμηλής μάζας, αλλά παρείχε επίσης μια νέα μέθοδο για τον εντοπισμό τους. Όπως εξήγησε ο Τόμπσον:
«Αυτό που κάναμε εδώ είναι να βρούμε έναν νέο τρόπο αναζήτησης μαύρων τρυπών, αλλά ενδεχομένως έχουμε εντοπίσει μια από τις πρώτες μιας νέας κατηγορίας μαύρων τρυπών χαμηλής μάζας για τις οποίες οι αστρονόμοι δεν είχαν ξέρει στο παρελθόν. Οι μάζες των πραγμάτων μας λένε για τον σχηματισμό και την εξέλιξή τους, και μας λένε για τη φύση τους. "
