Sorte hull er en av de mest fantastiske og mystiske kreftene i naturen. Samtidig er de grunnleggende for vår forståelse av astrofysikk. Ikke bare er sorte hull et resultat av spesielt massive stjerner som går supernova på slutten av livet, de er også nøkkelen til vår forståelse av generell relativitet og antas å ha spilt en rolle i den kosmiske evolusjonen.
På grunn av dette har astronomer i mange år forsøkt å skape en folketelling av sorte hull i Melkeveis galaksen. Ny forskning indikerer imidlertid at astronomer kan ha oversett en hel klasse av sorte hull. Dette kommer fra en nylig oppdagelse der et team med astronomer observerte et svart hull som er litt over tre solmasser, noe som gjør det til det minste svarte hullet som er oppdaget til dags dato.
Studien, "Et ikke-interaktivt lavmasse svart hull-gigantisk stjerne-binært system", dukket nylig opp i tidsskriftet Vitenskap. Teamansvarlig ble ledet av astronomer fra Ohio State University og inkluderte medlemmer fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, The Observatories of the Carnegie Institution for Science, the Dark Cosmology Center, og flere observatorier og universiteter.
Oppdagelsen var spesielt bemerkelsesverdig fordi den identifiserte et objekt som astrofysikere tidligere ikke visste at eksisterte. Som et resultat blir forskere nå tvunget til å revidere det de trodde de visste om befolkningen av sorte hull i galaksen vår. Som Todd Thompson, professor i astronomi ved Ohio State University og hovedforfatter av studien, forklarte:
"Vi viser dette antydningen om at det er en annen befolkning der ute som vi ennå ikke trenger å undersøke i jakten på sorte hull. Folk prøver å forstå supernovaeksplosjoner, hvordan supermassive svarte stjerner eksploderer, hvordan elementene ble dannet i supermassive stjerner. Så hvis vi kunne avsløre en ny populasjon av sorte hull, ville den fortelle oss mer om hvilke stjerner som eksploderer, som ikke, hvilke som danner sorte hull, som danner nøytronstjerner. Det åpner for et nytt studieområde. ”
På grunn av innflytelsen de har over rom og tid, har astronomer lenge søkt etter sorte hull og nøytronstjerner. Siden det også er resultatene når stjerner dør, kan de også gi informasjon om livssyklusene til stjerner og hvordan elementer dannes. For å gjøre det, må astronomer først bestemme hvor sorte hull er plassert i galaksen vår, noe som krever at de vet hva de skal se etter.
En måte å finne dem på er å lete etter binære systemer, der to stjerner er låst i bane med hverandre på grunn av deres gjensidige tyngdekraft. Når en av disse stjernene gjennomgår gravitasjonskollaps nær slutten av livet, vil den enten kollapse for å danne en nøytronstjerne eller et svart hull. Hvis ledsagerstjernen har nådd Red Branch Phase (RBP) i sin utvikling, vil den utvide seg betraktelig.
Denne utvidelsen vil føre til at den røde giganten blir underlagt dens sorte hull eller nøytronstjerners ledsager. Dette vil føre til at materiale blir trukket fra førstnevnte overflate og langsomt konsumert av sistnevnte. Dette er dokumentert av varmen og røntgenstrålene som slippes ut når materiale fra stjernen blir anbragt på sin ledsager av svart hull.
Til nå var alle de sorte hullene i galaksen vår som ble identifisert av astronomer mellom fem og femten solmasser. Neutronstjerner er derimot generelt ikke større enn omtrent 2,1 solmasser, siden noe større enn 2,5 solmasser ville kollapse for å danne et svart hull. Når LIGO og Virgo i felleskap oppdaget gravitasjonsbølger forårsaket av en sorte hullssammenslåing, var de henholdsvis 31 og 25 solmasser.
Dette demonstrerte at svarte hull kunne oppstå utenfor det astronomene anså for å være det normale området. Som Thompson sa:
«Umiddelbart var alle som‘ wow ’, fordi det var en så spektakulær ting. Ikke bare fordi det beviste at LIGO fungerte, men fordi massene var enorme. Sorte hull i størrelsen er en stor avtale - vi hadde ikke sett dem før. "
Denne oppdagelsen inspirerte Thompson og kollegene til å vurdere muligheten for at det kan være uoppdagede gjenstander som bodde mellom de største nøytronstjernene og de minste sorte hullene. For å undersøke dette begynte de å kombinere data fra Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) - en astronomisk undersøkelse som samler spektre fra omtrent 100 000 stjerner over galaksen.
Thompson og hans kolleger undersøkte dette spektret for tegn på forandringer som skulle indikere om en stjerne kan være i bane rundt et annet objekt. Spesifikt, hvis en stjerne viste tegn til Doppler-skift - der spektrene vil veksle mellom å skifte mot den blåere enden og deretter rødere bølgelengder - ville dette være en indikasjon på at det kan være i bane rundt en usett følgesvenn.
Denne metoden er en av de mest effektive og populære måtene å bestemme om en stjerne har et kretsløpssystem med planeter. Når planeter går i bane rundt en stjerne, utøver de en gravitasjonskraft på den som får den til å bevege seg frem og tilbake. Den samme typen skift ble brukt av Thompson og hans kolleger for å finne ut om noen av APOGEE-stjernene kan være i bane rundt et svart hull.
Det startet med at Thompson innsnevret APOGEE-dataene til 200 kandidater som viste seg å være de mest interessante. Deretter ga han dataene til Tharindu Jayasinghe (forskerutdannet ved Ohio State) som deretter brukte data fra All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) - som drives av OSU og fant over 1000 supernovaer - for å sammenstille tusenvis av bilder av hver kandidat.
Dette avslørte en gigantisk rød stjerne som så ut til å være i bane rundt noe som var mye mindre enn noe kjent svart hull, men mye større enn noen kjente nøytronstjerner. Etter å ha kombinert resultatene med tilleggsdata fra Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES) og Gaia-satellitten, skjønte de at de hadde funnet et svart hull omtrent 3,3 ganger solens masse.
Dette resultatet bekrefter ikke bare eksistensen av en ny klasse med lavmasse svart hull, men det ga også en ny metode for å lokalisere dem. Som Thompson forklarte:
"Det vi har gjort her, er å komme opp med en ny måte å søke på sorte hull, men vi har også potensielt identifisert en av de første av en ny klasse med svarte hull med lav masse som astronomer ikke tidligere hadde kjent til. Massen av ting forteller oss om deres dannelse og utvikling, og de forteller oss om deres natur. ”
