Tilsyneladende er det "monster black hole", som forskere troede, ikke så uhyrligt. Men at finde fejl og arbejde på at rette dem i, hvordan videnskaben skubber fremad.
I en nylig undersøgelse (en peer-reviewet undersøgelse offentliggjort 27. november) rapporterede et team af forskere opdagelsen af det binære system LB-1, der indeholder en stjerne og ifølge resultaterne en sorte hul-ledsager 70 gange massen af vores sol. Dette var vigtige nyheder, en sorte huller i stjernemasse (sorte huller, der er dannet af en stjernes tyngdepunktets sammenbrud) er typisk mindre end halvdelen af den massive. Men mens undersøgelsen, ledet af Jifeng Liu, fra National Astronomical Observatory of China (NAOC) fra det kinesiske videnskabsakademi var spændende, var det også forkert.
Tre nye artikler kom ud i denne uge, som undersøgte resultaterne fra Liu's undersøgelse igen, og disse undersøgelser siger, at LB-1's sorte hul faktisk ikke er så massiv.
Mærkelige sorte huller
Sorte huller i stjernemasse identificeres typisk ved de lyse røntgenemissioner, der kommer fra den gas, objekterne hæver eller trækker ind fra deres ledsagende stjerner. Men det sorte hul, der er opdaget i LB-1, er "ikke interagerende"; med andre ord, den hæver ikke gas fra sin stjerne, så den kan ikke findes gennem lyse emissioner. Forskere mener, at der er mange eksempler på denne type sort hul i universet, men fordi disse objekter er svære at få øje på, er der få observationer, der viser, hvor mange der måske er derude.
Så for at bestemme, at systemet havde et sort hul, måtte Liu's team finde og studere objektet indirekte ved at observere bevægelse i Doppler-skiftet til systemets stjerne og en dyprød emissionslinje.
Under Doppler-fænomenet vises objekter, der bevæger sig mod Jorden, blå, fordi lysbølgelængderne bliver kortere, og røde, når de bevæger sig væk fra os, fordi bølgelængderne bliver længere. Emissionslinien, kendt som en H-alfa-emissionslinje, er en spektral linje eller en mørk linje i et spektrum. Spektrale linier bruges ofte til at identificere atomer eller molekyler, og denne specifikke linje er skabt af brintelektroner. Liu's team afsluttede deres arbejde under formodning om, at denne linje kom fra akkretionsskiven omkring det sorte hul.
Ved at måle ændringer i Doppler-skiftet kunne forskere bestemme objekternes hastighed og derfor deres masse. "Hvis stjernen og ledsageren accelererede den samme mængde, ville det betyde, at de har samme masse, og hvis man accelererer meget mindre, ville det være meget tungere," University of California, Berkeley, astronomidoktorand Kareem El-Badry , sagde en medforfatter på et af de tre artikler, der analyserer disse resultater. Så ved at måle den svingende bevægelse af emissionen fra (hvad Liu's hold antog var) det sorte hul, besluttede Liu's team, at hastigheden af det sorte hul må betyde, at det var ekstremt massivt for et sort hul i stellar-masse.
Hvis emissionen faktisk kom fra et sort hul og bevægede sig som de rapporterede, ville det virkelig betyde, at der var et ekstremt massivt objekt i systemet, forklarede El-Badry.
Det største problem med denne konklusion? Det viser sig, at denne emissionslinje, hvis bevægelse fungerede som det vigtigste bevis for det foreslåede ultramassive objekt, ikke vred sig. Faktisk bevægede det sig slet ikke, fandt de nye papirer, der vedrørte Lius teams konklusioner.
En dristig påstand
Du har muligvis hørt tale i de sidste par uger om et "umuligt" 70 solmassesort hul. I dagens dosis koldt vand hævder vi, at dataene blev fortolket forkert, og at der ikke er noget, der tyder på en usædvanlig massiv BH. 1 / https://t.co/hWLhvaFK1F pic.twitter.com/FoEPifPegc 10. december 2019
Påstanden om en underligt massiv opdagelse af sort hul blev først og fremmest El-Badry som underlig, fordi denne type sorte hul aldrig før er blevet observeret med en sådan masse. "Min første tanke, da papiret kom ud, er at dette er en så dristig påstand om, at beviserne bedre er virkelig gode," fortalte El-Badry til Space.com. "Du skal altid holde et åbent sind, men i dette tilfælde var påstanden bestemt ekstraordinær, og beviserne var lidt mere ryster."
Det vigtigste spørgsmål, som El-Badry fandt, var, at emissionslinjen kun syntes at bevæge sig; det var faktisk ikke vrikende.
El-Badry og Eliot Quataert, professor i astronomi og fysik ved UC Berkeley, offentliggjorde deres analyse mandag (9. december) til fortryksserveren arXiv. Deres papir er også blevet forelagt til offentliggørelse i tidsskriftet the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
En manglende absorptionslinje
Så hvordan kan en emissionslinje kun "se ud til at bevæge sig"? Nå, det var lige så tilfældet med en linje på toppen af en absorptionslinje, hvilket skabte illusionen.
For at forstå illusionen skal du først vide, hvad en absorptionslinje er. De ydre atmosfæriske lag, der omgiver stjerner, tjener som et absorberende materiale til at absorbere lys, der kommer fra stjernen. Så når forskere studerer spektret af lys, der kommer fra stjerner, kan de se absorptionslinjer, der er skabt af atomer i atmosfæren, der skifter mellem atomtilstande.
Med stjernen i LB-1 var der en absorptionslinje "skjult" af emissionslinjen, sagde El-Badry. En sådan situation kan skabe en illusion om, at emissionslinjen bevæger sig, hvilket giver udseendet af Doppler-skift, som El-Badry og forskerne bag de andre artikler forklarede og viste i undersøgelserne. Ved blot at trække absorptionslinjen fra målinger af emissionslinjen fandt El-Badry og Quataert, der brugte de samme data til deres undersøgelse som Liu's team gjorde, at emissionslinjen overhovedet ikke bevægede sig.
Uden bevægelsen af denne emission, forklarede Todd Thompson, en professor i Institut for Astronomi ved Ohio State University, som ikke var involveret i nogen af disse artikler til Space.com, er der to mulige fortolkninger. Enten er det andet objekt i systemet langt mere massivt, end der nogensinde er blevet observeret (mere end 70 solmasser), eller meget mere sandsynligt, der kunne bare et sort hul i gennemsnitstørrelse i LB-1, og emissionslinjen kommer fra et andet sted, sagde Thompson.
"Der er noget der. Det er bare det, at det sandsynligvis kun er et regelmæssigt, stjernemasse sort hul," fortalte Jackie Faherty, en seniorforsker ved American Museum of Natural History i New York og en vært for "StarTalk Radio," til Space .com. Faherty var ikke involveret i nogen af disse papirer.
Fordi emissionslinjen sandsynligvis ikke kommer fra det sorte hul, kan forskerne ikke få et super præcist skøn over det sorte huls masse. Men analysen af El-Badrys team antyder, at det sorte hul sandsynligvis er mellem 5 og 20 solmasser, som, som de beskrev i deres papir, "synes mest plausible."
Opdagelse ... busted?
Der er kommet yderligere to papirer, der også undersøger påstandene fra Liu's team. En, en undersøgelse ledet af New Zealands teoretiske astronom J.J. Eldridge, som er blevet offentliggjort til arXiv, tog en teoretisk tilgang til analyse af systemet. Forskere i denne undersøgelse simulerede et stort bibliotek med forskellige slags binære systemer for at se, om forskerne kunne finde en binær, der matchede observationer rapporteret for LB-1. De fandt flere, der kunne, men ingen med sorte huller med 70 solmasse.
Den anden undersøgelse, der også blev offentliggjort til arXiv, og ledet af Michael Abdul-Masih fra Institut for Astronomi ved universitetet KU Leuven i Belgien, tog en lignende tilgang til El-Badrys. I stedet for at bruge de samme data som Liu's team, indsamlede disse forskere deres eget spektrum af det binære system ved hjælp af et andet teleskop. De gjorde også simuleringer, hvor de satte en absorptionslinje under en emissionslinje for at se, om emissionen så ud til at bevæge sig, som den i LB-1 gjorde. I disse simuleringer fandt Abdul-Masihs team, at linjen så ud til at bevæge sig frem og tilbage, hvilket giver yderligere bevis for, at emissionslinjen i systemet kun ser ud som om den bevæger sig.
Indløsning for LB-1
"Det virkede lidt for spændende til at være sandt," sagde Faherty. Men, tilføjede hun, "dette er også den måde, videnskaben skrider frem."
Faherty understregede, at "Dette er OK for denne type ting at ske ... Det er bare en korrektion af et tidligere resultat ... det er OK at have denne form for situation," tilføjede hun. "Videnskab går videre og bevæger sig fremad."
Disse opfølgningsundersøgelser har givet bevis for, at det sekundære objekt i LB-1 faktisk ikke er et ultramassivt sort hul. Det er dog stadig et usædvanligt interessant objekt og værd at studere videre, sagde El-Badry.
Fordi der har været så meget opmærksomhed på den originale undersøgelse, herunder med disse opfølgningsanalyser, har det øget interessen for studiet af LB-1-systemet og lignende systemer.
Ved at identificere og studere ikke-interagere sorte huller som dem, der er forbundet med LB-1, kan forskere lære mere om disse undvigende genstande. Det siges at være almindeligt i rummet, at de er svære at få øje på, fordi de ikke producerer lyse røntgenemissioner.
"Det er et meget interessant tidspunkt at gå på udkig efter disse ikke-interaktive sorte huller, og de har bestemt fundet et meget interessant system," sagde Thompson. Der er en "befolkning, der skal være derude af sorte huller i stjernebinarier, hvor der ikke er nogen aktiv interaktion mellem de to komponenter," tilføjede han.
Derudover kan det være interessant, hvis forskere fortsætter med at undersøge, hvor nøjagtigt denne H-alfa-emissionslinje kommer fra. Papirerne, der undersøger LB-1, tyder på, at "det er muligt, at der kan være redegørelse for det materielle materiale, men det er et let mysterium ... det er OK at have noget mysterium involveret i et resultat," sagde Faherty.
Space.com nåede ud til Liu's team til kommentar, og Liu sagde, at "vi skriver et papir for at tackle alle disse bekymringer." Han tilføjede, at hans team forventer, at papiret vil være ude en gang i næste uge.
- Hvad er sorte huller?
- Sort hulquiz: Hvor godt kender du naturens underligste kreationer?
- Eureka! Forskere fotograferer et sort hul for første gang
