Forskere kan have opdaget en helt ny klasse af sorte huller

Sorte huller er en vigtig del af, hvordan astrofysikere forstår universet - så vigtigt, at videnskabsmænd har forsøgt at lave en optælling af alle de sorte huller i Mælkevejsgalaksen.

Men ny forskning viser, at deres søgning måske har manglet en hel klasse af sorte huller, som de ikke vidste eksisterede.

I en undersøgelse offentliggjort i dag i tidsskriftet Videnskab , astronomer tilbyder en ny måde at søge efter sorte huller på, og viser, at det er muligt, at der er en klasse af sorte huller, der er mindre end de mindste kendte sorte huller i universet.

"Vi viser dette hint om, at der er en anden befolkning derude, som vi endnu ikke rigtig har undersøgt i søgen efter sorte huller, " sagde Todd Thompson, en professor i astronomi ved Ohio State University og hovedforfatter af undersøgelsen.

"Folk forsøger at forstå supernovaeksplosioner, hvordan supermassive sorte stjerner eksploderer, hvordan grundstofferne blev dannet i supermassive stjerner. Så hvis vi kunne afsløre en ny population af sorte huller, det ville fortælle os mere om, hvilke stjerner der eksploderer, som ikke gør, som danner sorte huller, som danner neutronstjerner. Det åbner et nyt studieområde."

Forestil dig en folketælling af en by, der kun talte personer 5'9" og højere - og forestil dig, at folketællingstagerne ikke engang vidste, at folk under 5'9" fandtes. Data fra denne folketælling ville være ufuldstændige, giver et unøjagtigt billede af befolkningen. Det er i bund og grund det, der er sket i jagten på sorte huller, sagde Thompson.

Astronomer har længe ledt efter sorte huller, som har tyngdekraften så voldsom, at intet – ligegyldigt, ikke stråling - kan undslippe. Sorte huller dannes, når nogle stjerner dør, krympe ind i sig selv, og eksplodere. Astronomer har også ledt efter neutronstjerner - små, tætte stjerner, der dannes, når nogle stjerner dør og kollapser.

Begge kunne rumme interessant information om grundstofferne på Jorden og om, hvordan stjerner lever og dør. Men for at afdække den information, astronomer skal først finde ud af, hvor de sorte huller er. Og for at finde ud af, hvor de sorte huller er, de skal vide, hvad de leder efter.

Et fingerpeg:Sorte huller findes ofte i noget, der kaldes et binært system. Dette betyder ganske enkelt, at to stjerner er tæt nok på hinanden til at blive låst sammen af ​​tyngdekraften i en gensidig bane omkring hinanden. Når en af ​​disse stjerner dør, den anden kan blive, stadig kredser om rummet, hvor den døde stjerne - nu et sort hul eller neutronstjerne - engang levede, og hvor der er dannet et sort hul eller neutronstjerne.

Årevis, de sorte huller, forskerne vidste om, var alle mellem cirka fem og 15 gange solens masse. De kendte neutronstjerner er generelt ikke større end omkring 2,1 gange solens masse - hvis de var over 2,5 gange solens masse, de ville kollapse til et sort hul

Men i sommeren 2017 en undersøgelse kaldet LIGO – Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – så to sorte huller smelte sammen i en galakse omkring 1,8 milliarder lysår væk. Et af de sorte huller var omkring 31 gange solens masse; den anden omkring 25 gange solens masse.

"Med det samme, alle var ligesom 'wow, fordi det var sådan en spektakulær ting, " sagde Thompson. "Ikke kun fordi det beviste, at LIGO virkede, men fordi masserne var enorme. Sorte huller i den størrelse er en big deal - vi havde ikke set dem før."

Thompson og andre astrofysikere havde længe haft mistanke om, at sorte huller kunne komme i størrelser uden for det kendte område, og LIGOs opdagelse beviste, at sorte huller kunne være større. Men der forblev et vindue af størrelse mellem de største neutronstjerner og de mindste sorte huller.

Thompson besluttede at se, om han kunne løse det mysterium.

Han og andre videnskabsmænd begyndte at finkæmme data fra APOGEE, Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment, som indsamlede lysspektre fra omkring 100, 000 stjerner på tværs af Mælkevejen. Spektrene, Thompson indså, kunne vise, om en stjerne måske kredser om et andet objekt:Ændringer i spektre - et skift mod blåere bølgelængder, for eksempel, efterfulgt af et skift til rødere bølgelængder - kunne vise, at en stjerne kredsede om en uset følgesvend.

Thompson begyndte at finkæmme dataene, leder efter stjerner, der viste denne forandring, hvilket indikerer, at de muligvis kredser om et sort hul.

Derefter, han indsnævrede APOGEE-dataene til 200 stjerner, der kunne være mest interessante. Han gav dataene til en kandidatforsker ved Ohio State, Tharindu Jayasinghe, der kompilerede tusindvis af billeder af hvert potentielt binært system fra ASAS-SN, All-Sky Automated Survey for Supernovae. (ASAS-SN har fundet nogle 1, 000 supernovaer, og er løbet tør for Ohio State.)

Deres dataknusning fandt en kæmpe rød stjerne, der så ud til at kredse om noget, men det noget, baseret på deres beregninger, var sandsynligvis meget mindre end de kendte sorte huller i Mælkevejen, men langt større end de fleste kendte neutronstjerner.

Efter flere beregninger og yderligere data fra Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph og Gaia-satellitten, de indså, at de havde fundet et sort hul med lav masse, sandsynligvis omkring 3,3 gange solens masse.

"Det, vi har gjort her, er at finde på en ny måde at søge efter sorte huller på, men vi har også potentielt identificeret et af de første i en ny klasse af sorte huller med lav masse, som astronomerne ikke tidligere havde kendt til." Thompson sagde. "Mængden af ​​ting fortæller os om deres dannelse og udvikling, og de fortæller os om deres natur."