Sorte huller er en af de mest fantastiske og mystiske kræfter i naturen. På samme tid er de grundlæggende for vores forståelse af astrofysik. Ikke kun er sorte huller resultatet af særlig massive stjerner, der går supernova i slutningen af deres liv, de er også nøglen til vores forståelse af generel relativitet og antages at have spillet en rolle i den kosmiske udvikling.
På grund af dette har astronomer i mange år forsøgt at skabe en folketælling af sorte huller i Mælkevejen. Ny forskning viser imidlertid, at astronomer muligvis har overset en hel klasse sorte huller. Dette kommer fra en nylig opdagelse, hvor et team af astronomer observerede et sort hul, der er lidt over tre solmasser, hvilket gør det til det mindste sorte hul, der er opdaget til dato.
Undersøgelsen, "Et ikke-interaktivt lavmasse sort hul - gigantisk stjerne-binært system", blev for nylig vist i tidsskriftet Videnskab. Det ansvarlige team blev ledet af astronomer fra Ohio State University og inkluderede medlemmer fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, The Observatories of the Carnegie Institution for Science, Dark Cosmology Center, og flere observatorier og universiteter.
Opdagelsen var især bemærkelsesværdig, fordi den identificerede et objekt, som astrofysikere tidligere ikke vidste, at der eksisterede. Som et resultat er forskere nu tvunget til at genoverveje, hvad de troede, de vidste om bestanden af sorte huller i vores galakse. Som Todd Thompson, professor i astronomi ved Ohio State University og hovedforfatter af undersøgelsen, forklarede:
”Vi viser dette antydning om, at der er en anden befolkning derude, som vi endnu ikke har til at undersøge i søgen efter sorte huller. Folk prøver at forstå supernovaeksplosioner, hvordan supermassive sorte stjerner eksploderer, hvordan elementerne blev dannet i supermassive stjerner. Så hvis vi kunne afsløre en ny population af sorte huller, ville den fortælle os mere om, hvilke stjerner eksploderer, hvilke ikke, hvilke der danner sorte huller, som danner neutronstjerner. Det åbner et nyt studieområde. ”
På grund af den indflydelse, de har over rum og tid, har astronomer længe søgt efter sorte huller og neutronstjerner. Da det også er det, der resulterer, når stjerner dør, kan de også give information om stjerners livscyklus og hvordan elementer dannes. For at gøre det skal astronomer først bestemme, hvor sorte huller er placeret i vores galakse, hvilket kræver, at de ved, hvad de skal kigge efter.
En måde at finde dem på er at kigge efter binære systemer, hvor to stjerner er låst i bane med hinanden på grund af deres gensidige tyngdekraft. Når en af disse stjerner gennemgår gravitationskollaps nær slutningen af sit liv, vil den enten kollapse for at danne en neutronstjerne eller et sort hul. Hvis ledsagerstjernen har nået den røde filialfase (RBP) for dens udvikling, vil den udvide markant.
Denne udvidelse vil resultere i, at den røde kæmpe bliver underlagt dens sorte hul eller neutronstjerne-ledsager. Dette vil resultere i, at materiale trækkes fra førstnævnte overflade og langsomt forbruges af sidstnævnte. Dette fremgår af den varme og røntgenstråler, der udsendes, når materiale fra stjernen er hævet på sin sorte hul-ledsager.
Indtil nu var alle de sorte huller i vores galakse identificeret af astronomer mellem fem og femten solmasser. Neutronstjerner er derimod generelt ikke større end ca. 2,1 solmasser, da alt større end 2,5 solmasser ville kollapse for at danne et sort hul. Når LIGO og Virgo i fællesskab opdagede tyngdekraftsbølger forårsaget af en sorte hulfusion, var de henholdsvis 31 og 25 solmasser.
Dette demonstrerede, at sorte huller kunne forekomme uden for, hvad astronomer anså for at være det normale interval. Som Thompson sagde:
”Umiddelbart var alle som” wow ”, fordi det var sådan en spektakulær ting. Ikke kun fordi det beviste, at LIGO arbejdede, men fordi masserne var enorme. Sorte huller i størrelsen er en stor aftale - vi havde ikke set dem før. ”
Denne opdagelse inspirerede Thompson og hans kolleger til at overveje muligheden for, at der kan være uopdagede genstande, der var mellem de største neutronstjerner og de mindste sorte huller. For at undersøge dette begyndte de at kombinere data fra Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) - en astronomisk undersøgelse, der samler spektre fra omkring 100.000 stjerner over galaksen.
Thompson og hans kolleger undersøgte dette spektre for tegn på ændringer, der kunne indikere, om en stjerne måske kredser rundt om et andet objekt. Specifikt, hvis en stjerne viste tegn på Doppler-skift - hvor dens spektre vil skifte mellem at skifte mod den blåere ende og derefter rødere bølgelængder - ville dette være en indikation af, at det måske kredser om en usynlig ledsager.
Denne metode er et af de mest effektive og populære måder til at bestemme, om en stjerne har et kredsløbssystem med planeter. Når planeter kredser om en stjerne, udøver de en tyngdekraft på den, der får den til at bevæge sig frem og tilbage. Denne samme skift blev brugt af Thompson og hans kolleger til at bestemme, om nogen af APOGEE-stjernerne måske kredser om et sort hul.
Det startede med, at Thompson indsnævrede APOGEE-dataene til 200 kandidater, hvilket viste sig at være de mest interessante. Derefter gav han dataene til Tharindu Jayasinghe (kandidatforsker ved Ohio State), som derefter brugte data fra All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) - som drives af OSU og fandt over 1.000 supernovaer - til at samle tusinder af billeder af hver kandidat.
Dette afslørede en kæmpe rød stjerne, der så ud til at omgås noget, der var meget mindre end noget kendt sort hul, men meget større end nogen kendte neutronstjerner. Efter at have kombineret resultaterne med yderligere data fra Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES) og Gaia-satellitten, indså de, at de havde fundet et sort hul, der var ca. 3,3 gange solens masse.
Dette resultat bekræfter ikke kun eksistensen af en ny klasse af lavmasse sort hul, men det leverede også en ny metode til lokalisering af dem. Som Thompson forklarede:
”Det, vi har gjort her, er at finde en ny måde at søge på sorte huller på, men vi har også potentielt identificeret en af de første i en ny klasse af sorte huller med lav masse, som astronomer ikke tidligere havde kendt til. Masser af ting fortæller os om deres dannelse og udvikling, og de fortæller os om deres natur. ”
