Los astrónomos pueden descubrir un agujero negro "oscuro" que flota libremente



Los astrónomos pueden descubrir un agujero negro "oscuro" que flota libremente

Informe de Mysterious Earth uux.cn Según cnBeta: Cuando las estrellas masivas llegan al final de sus vidas y explotan en supernovas, dejan atrás un agujero negro. Se estima que hay aproximadamente una de cada mil estrellas lo suficientemente grande como para dar a luz a un agujero negro. La Vía Láctea tiene un estimado de 100 mil millones a 400 mil millones de estrellas, y puede haber una gran cantidad de agujeros negros en toda la galaxia. Sin embargo, la naturaleza de los agujeros negros hace que sean difíciles de detectar, especialmente cuando están aislados.

Después de todo, los agujeros negros tienen una atracción gravitatoria tan fuerte que la luz no puede escapar, por lo que los astrónomos generalmente los detectan a través de su influencia gravitacional sobre otros objetos celestes o la radiación de la materia circundante que devoran. Sin objetos cercanos o materia acumulada, puede haber cientos de millones de agujeros negros a lo largo de la Vía Láctea, pero los astrónomos son en gran parte invisibles para ellos.

Si la muerte de estrellas grandes deja agujeros negros, como creen los astrónomos, entonces debería haber cientos de millones de agujeros negros esparcidos por la Vía Láctea. El problema es que los agujeros negros aislados son invisibles.

Ahora, un equipo dirigido por astrónomos de UC Berkeley ha identificado por primera vez lo que puede ser un agujero negro que flota libremente, observando una estrella distante iluminada a medida que su luz es distorsionada por el fuerte campo gravitatorio del objeto- - La llamada microlente gravitacional .

El equipo, dirigido por el estudiante graduado Casey Lam y la profesora asociada de astronomía de UC Berkeley, Jessica Lu, estimó que el objeto compacto invisible tenía entre 1,6 y 4,4 veces la masa del sol. Debido a que los astrónomos creen que los restos de estrellas muertas deben ser más pesado que 2.2 La masa del sol solo puede colapsar en un agujero negro, por lo que los investigadores de UC Berkeley advirtieron que el objeto puede ser una estrella de neutrones, no un agujero negro.Las estrellas de neutrones también son objetos densos y muy compactos, pero su gravedad es afectados por el medio dentro de ellos. subpresión, evitando un mayor colapso en un agujero negro.

Ya sea un agujero negro o una estrella de neutrones, este objeto fue el primer remanente estelar oscuro, un "fantasma" estelar, que se descubrió que vagaba por la Vía Láctea sin emparejarse con otra estrella.

“Este es el primer agujero negro o estrella de neutrones que flota libremente descubierto usando microlente gravitacional”, dijo Lu. “A través de microlente, podemos detectar estos objetos compactos y solitarios. Creo que ya hemos tenido mucho sentido para estos objetos oscuros. Se ha abierto una nueva ventana, y estos objetos celestes no se pueden ver de otra manera."

Determinar cuántos de estos objetos compactos hay en la Vía Láctea ayudará a los astrónomos a comprender la evolución de las estrellas, especialmente cómo mueren, y nuestra Vía Láctea, y tal vez revele si hay agujeros negros invisibles que son agujeros negros primordiales, que algunos los cosmólogos creen que se crearon en grandes cantidades durante el Big Bang.

El análisis de Lam, Lu y su equipo internacional ha sido aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal Letters. El análisis incluye cuatro eventos de microlente adicionales, que el equipo cree que no fueron causados ​​por agujeros negros, aunque dos de ellos Uno podría ser causado por enanas blancas o estrellas de neutrones. El equipo también concluyó que la cantidad de agujeros negros en la Vía Láctea podría ser de 200 millones, aproximadamente tantos como predijeron la mayoría de los teóricos.

mismos datos, diferentes conclusiones

Vale la pena señalar que un equipo competidor del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial STScI en Baltimore analizó el mismo evento de microlente y afirmó que la masa de este objeto compacto está más cerca de 7,1 masas solares, indiscutiblemente un agujero negro. Un artículo que describe el análisis realizado por un equipo de STSCI dirigido por Kailash Sahu ha sido aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal.

Ambos grupos usaron los mismos datos: una medición fotométrica del brillo de una estrella distante distorsionada o "lenteada" por un objeto ultracompacto, y un cambio en la posición de la estrella distante en el cielo debido a la lente del objeto. distorsión gravitacional La astrometría Los datos fotométricos provienen de dos estudios de microlente: el Experimento de Lente Gravitacional Óptica OGLE, que emplea un telescopio de 1,3 metros en la Universidad de Varsovia en Chile, y el experimento de Observación de Microlente en Astrofísica MOA, que es instalado en un telescopio de 1,8 metros en la Universidad de Osaka en Nueva Zelanda. Los datos astrométricos provienen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA. STScI administra los programas científicos del telescopio y lleva a cabo sus operaciones científicas.

Debido a que ambos estudios con poca luz capturaron el mismo objeto, tiene dos nombres: MOA-2011-BLG-191 y OGLE-2011-BLG-0462, abreviado como OB110462.

Mientras que sondeos como este encuentran alrededor de 2000 estrellas en la Vía Láctea cada año iluminadas por microlentes, la adición de datos astrométricos permitió a los dos equipos determinar la masa de este objeto compacto y su distancia de la Tierra. Cortesía de California The Berkeley-led El equipo estima que está entre 2280 y 6260 años luz de distancia, en dirección al centro de la Vía Láctea, cerca de la gran protuberancia que rodea el enorme agujero negro en el centro de la Vía Láctea.

El equipo de STScI estima que está a unos 5153 años luz de distancia.

“Buscando una aguja en un pajar”

En 2020, cuando el equipo STSCI concluyó inicialmente que los cinco eventos de microlente observados por Hubble, todos los cuales duraron más de 100 días y, por lo tanto, pueden ser agujeros negros, después de todo pueden no ser causados ​​por cuerpos celestes compactos, Lu y Lam primero se interesó en el objeto.

Lu, que ha estado buscando agujeros negros flotantes desde 2008, cree que los datos la ayudarán a estimar mejor su abundancia en la Vía Láctea, que es aproximadamente entre 10 millones y 1 mil millones. Hasta ahora, las estrellas agujeros negros de este Los agujeros negros en estrellas binarias se pueden ver en rayos X, creados cuando la materia de una estrella cae sobre el agujero negro, o por los detectores de ondas gravitacionales más cercanos, que son sensibles a la fusión. de dos o más agujeros negros, pero estos eventos son raros.

"Casey y yo vimos los datos y nos interesó mucho. Dijimos: 'Vaya, no hay agujeros negros. Esto es sorprendente', aunque debería haberlos", dijo Lu. "Entonces, comenzamos a observar los datos. Si realmente no hay agujeros negros en los datos, entonces eso no se ajusta a nuestro modelo de cuántos agujeros negros debería haber en la Vía Láctea. Nuestra comprensión de los agujeros negros tiene que cambiar, ya sea su número o la velocidad en que se mueven, o su calidad."

Cuando Lam analizó la fotometría y la astrometría de estos cinco eventos de microlente, se sorprendió al descubrir que uno de ellos, OB110462, tenía las características de un objeto compacto. El objeto lenticular parecía tenue y, por lo tanto, no era una estrella; el brillo de la estrella continuación Mucho tiempo, casi 300 días; las distorsiones en las posiciones de fondo de las estrellas también son persistentes.

Lam dice que la duración del evento de formación de lentes es la pista principal. En 2020, demostró que la mejor manera de buscar microlentes de agujeros negros es buscar eventos muy largos. Solo el 1 por ciento de los eventos de microlentes detectables, dice, pueden provienen de agujeros negros, por lo que buscar todos los eventos es como "encontrar una aguja en un pajar". Sin embargo, Lam calcula que alrededor del 40 por ciento de los eventos con poca luz que duran más de 120 días probablemente sean agujeros negros.

Lam dijo: "La duración del evento de brillo da una indicación de cuán masiva es la lente de primer plano que desvía la luz de la estrella de fondo. Es más probable que los eventos más largos se deban a los agujeros negros. Sin embargo, esto no es una garantía, porque el brillo La duración del evento depende no solo de la masa de la lente de primer plano, sino también de la rapidez con que se mueven la lente de primer plano y la estrella de fondo entre sí. Sin embargo, al obtener simultáneamente mediciones de las posiciones de la superficie de las estrellas de fondo, podemos puede confirmar si la lente de primer plano es realmente un agujero negro".

Según Lu, el efecto gravitacional de OB110462 sobre la luz de la estrella de fondo es sorprendentemente largo. La estrella tardó alrededor de un año en alcanzar su punto máximo en 2011, y luego alrededor de un año en volver a su estado normal.

Más datos distinguirán agujeros negros y estrellas de neutrones

Para confirmar que OB110462 fue causado por un objeto supercompacto, Lu y Lam solicitaron más datos astrométricos del Hubble, algunos de los cuales llegaron en octubre pasado. Estos nuevos datos muestran que 10 años después del evento, cambios en la posición estelar debido a el campo gravitacional de la lente aún se puede observar. Más observaciones del Hubble de esta microlente están programadas tentativamente para el otoño de 2022.

El análisis de los nuevos datos confirma que OB110462 puede ser un agujero negro o una estrella de neutrones.

Lu y Lam sospechan que las diferentes conclusiones de los dos grupos se deben a que los datos astrométricos y fotométricos tienen diferentes medidas del movimiento relativo de los objetos de primer plano y de fondo. Los análisis astrométricos de los dos grupos también difieren. Universidad de California, Berkeley -dirigido El equipo cree que aún no es posible distinguir si el objeto es un agujero negro o una estrella de neutrones, pero esperan resolver esta discrepancia con más datos del Hubble y un análisis mejorado en el futuro.

“Aunque nos encantaría decir que es un agujero negro definitivo, debemos informar todas las soluciones permitidas. Esto incluye agujeros negros de menor masa y posiblemente incluso una estrella de neutrones”, dijo Lu.

“Si no puede confiar en la curva de luz, el brillo, entonces eso dice algo importante. Si no confía en la posición frente al tiempo, dice algo importante”, dijo Lam. “Entonces, si uno de los Uno es incorrecto y tenemos que entender por qué. O otra posibilidad es que lo que medimos en ambos conjuntos de datos es correcto, pero nuestro modelo es incorrecto. Los datos fotométricos y astrométricos se generan a partir del mismo proceso físico, lo que significa que el brillo y la posición tienen estar de acuerdo unos con otros. Entonces, algo falta ahí".

Los dos equipos también estimaron la velocidad del objeto con lente ultracompacto. El equipo de Lu/Lam encontró una velocidad relativamente tranquila de menos de 30 km/s. El equipo de STScI encontró una velocidad inusualmente alta de 45 km/s. interpreta esto como que el llamado agujero negro recibe un impulso adicional de la supernova que lo creó. Lu explicó que la estimación de su equipo de la baja velocidad tiene el potencial de respaldar una nueva teoría de que el agujero negro no es el resultado de una supernova: - que es la hipótesis prevaleciente hoy en día - pero de una supernova fallida.




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