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天文学者は「暗い」熱を発見したかもしれません

圧縮された物体によるマイクロレンズ

画像:ハッブル宇宙望遠鏡の画像。遠方の星が、地球との間にある目に見えないが非常にコンパクトで重い物体によって歪んで歪んでいます。 カリフォルニア大学バークレー校の天文学者が私たちの太陽の質量の1.6倍から4.4倍の間であると推定したコンパクトな物体は、おそらく天の川の2億個の1つである浮遊ブラックホールである可能性があります。
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クレジット:画像提供:STScI / NASA / ESA

天文学者が信じているように、大きな星の死がブラックホールを残した場合、天の川全体に何億もの星が散らばっているはずです。 問題は、孤立したブラックホールが見えないことです。

現在、カリフォルニア大学バークレー校が率いる天文学者は、遠くの星の光が物体の強い重力場によって歪められているときにその明るさを観察することによって、自由に動くブラックホールである可能性があることを初めて発見しました。 -微小重力と呼ばれます。

チームは大学院生のCaseyLamと ジェシカ・ローカリフォルニア大学バークレー校の天文学の准教授は、目に見えないコンパクトオブジェクトの質量は太陽の質量の1.6〜4.4倍であると推定しています。 天文学者は、ブラックホールに崩壊するためには、死んだ星の残骸が2.2太陽質量よりも重い必要があると信じているため、カリフォルニア大学バークレー校の研究者は、オブジェクトがブラックホールではなく中性子星である可能性があると警告しています。 中性子星も非常に高密度でコンパクトな物体ですが、それらの重力は内部の中性子圧力によってバランスがとられており、ブラックホールへのさらなる崩壊を防ぎます。

それがブラックホールであろうと中性子星であろうと、その物体は、他の星とは無関係に銀河をさまよって発見された最初の暗い恒星の残骸、つまり恒星の「幽霊」です。

「これは、微小重力レンズによって検出された最初の浮遊ブラックホールまたは中性子星です」とLuは言いました。 「より細かいレンズを使用することで、これらの孤立した圧縮されたオブジェクトを調べて計量することができます。他の方法では見ることができない、これらの暗いオブジェクトに新しいウィンドウを開いたと思います。」

天の川銀河に生息するこれらのコンパクトオブジェクトの数を決定することは、天文学者が星の進化、特にそれらがどのように死ぬか、そして私たちの銀河の進化を理解するのに役立ち、おそらく見えないブラックホールのいずれかが原始ブラックホールであるかどうかを明らかにします。一部の宇宙学者は、ビッグバンの間に大量に生産されたと信じています。

Lam、Luとその国際チームによる分析は、 アストロフィジカルジャーナルレター。 分析には、チームがブラックホールによって引き起こされたのではないと結論付けた他の4つのマイクロレンズイベントが含まれていますが、2つは白色矮星または中性子星によって引き起こされた可能性があります。 チームはまた、銀河のブラックホールの可能性のある数は2億であると結論付けました-ほとんどの理論家が予想していたものについて。

同じデータ、異なる結論

特に、ボルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所(STScI)の競合チームは、同じマイクロレンズイベントを分析し、コンパクトオブジェクトの質量が7.1太陽質量と議論の余地のないブラックホールに近いと主張しました。 主導のSTScIチームによる分析を説明する論文 カイラッシュサフ、での公開が承認されました アストロフィジカルジャーナル

両方のチームが同じデータを使用しました。高度に圧縮された物体によって光が歪んだり「反射」したりするときの遠方の星の明るさの測光測定と、重力の結果としての遠方の星の空の位置の変化の天文学的測定です。 レンズオブジェクトによる歪み。 光学データは、ワルシャワ大学が運営するチリの1.3メートル望遠鏡を使用する光学重力レンズ実験(OGLE)と、1.8に搭載された天体物理学(MOA)のマイクロレンズ観測の2つのマイクロレンズ調査から得られました。ワルシャワ大学、大阪大学が運営するニュージーランドのメーター望遠鏡。 天文データはNASAのハッブル宇宙望遠鏡から来ました。 STScIは望遠鏡の科学プログラムを管理し、その科学操作を行います。

両方の精密レンズ偵察が同じオブジェクトをキャプチャしたため、MOA-2011-BLG-191とOGLE-2011-BLG-0462、または略してOB110462の2つの名前が付けられています。

このような調査では、天の川銀河で毎年マイクロレンズによって約2,000個の明るい星が発見されていますが、2つのチームがコンパクトオブジェクトの質量と地球からの距離を決定できるようにしたのは、天文データの追加でした。 カリフォルニア大学バークレー校が率いるチームは、それが天の川の中心に向かって、銀河の中央の超大質量ブラックホールを囲む大きなバルジの近くに、2,280から6260光年離れた場所(700-1920パーセク)にあると推定しました。穴。

STScIクラスターは、約5,153光年(1,580パーセク)離れていると推定されています。

干し草の山で針を探しています

ルーとラムは、STScIチームが最初に次のように結論付けた後、2020年に最初に体に興味を持ちました。 5つのマイクロレンズイベント ハッブルによって観測されたもの(すべて100日以上続いたため、ブラックホールである可能性があります)は、おそらくコンパクトオブジェクトが原因ではありません。

2008年から自由に動くブラックホールを探しているLuは、このデータが銀河内のブラックホールの存在量をより正確に推定するのに役立つと考えました。これはおよそ1,000万から10億の間と推定されています。 これまでのところ、連星系の一部として発見されたのは星サイズのブラックホールだけです。 ブラックホールは、星からの物質がブラックホールに落ちるときに生成されるX線、または2つ以上のブラックホールの合体に敏感な最新の重力波検出器のいずれかで連星に見られます。 しかし、これらのイベントはまれです。

「ケイシーと私はデータを見て、本当に興味を持った。 『うわー、ブラックホールはない』と言った」とルーは言った。 「そこにあったはずなのに」それは驚くべきことです。 「それで、私たちはデータを見始めました。データに本当にブラックホールがなかったら、これは天の川にいくつのブラックホールがあるべきかという私たちのモデルと一致しません。黒を理解する上で何かを変える必要があります穴—その数、速度、または質量のいずれか。」

ラームが5分間のレンズイベントの測光と位置天文学を分析したとき、私は1つOB110462がコンパクトなボディの特性を持っていることに驚きました。レンズボディは暗く見えたため、星ではありませんでした。 恒星の明るさは長い間、ほぼ300日続きました。 背景の星の位置の歪みも長期的でした。

ラム氏は、レンズイベントの長さが主要なヒントであると述べました。 2020年には、ブラックホールマイクロレンズを検索する最良の方法は、非常に長いイベントを検索することであることが示されました。 検出できる微細なレンズイベントの1%だけがブラックホールからのものである可能性が高いと彼女は言いました。したがって、すべてのイベントを見ると、干し草の山で針を探すようなものになります。 しかし、ラムによれば、120日以上続くマイクロレンズイベントの約40%はブラックホールである可能性が高いです。

「明るいイベントがどれだけ続くかは、前景のレンズが背景の星の光をどれだけ大きく曲げるかのヒントです」とラムは言いました。 「より長いイベントはブラックホールが原因である可能性が最も高いです。明るいリングの持続時間は前景レンズの大きさだけでなく、前景レンズと背景の星がしかし、背景の星の見かけの位置についても測定値を取得することで、前景のレンズが本当にブラックホールであるかどうかを確認できます。」

ルーによれば、背景の星の光に対するOB110462の重力効果は驚くほど長かった。 星が2011年にピークに達するまでに約1年かかり、その後、通常に戻るまでに約1年かかりました。

より多くのデータがブラックホールと中性子星を区別します

OB110462が非常にコンパクトな天体に由来することを確認するために、ローとラムはハッブルにもっと天文学的データを要求しました。そのうちのいくつかは昨年10月に到着しました。 この新しいデータは、レンズの重力場による星の位置の変化が、イベントの10年後もまだ観察できることを示しました。 マイクロレンズのハッブル観測は、2022年の秋に暫定的に予定されています。

新しいデータの分析により、OB110462がブラックホールまたは中性子星である可能性が最も高いことが確認されました。

LowとLamは、2つのチームの異なる結論は、天文データと測光データが前後のオブジェクトの相対的な動きの異なる測定値を与えるという事実によるものだと考えています。 占星術の分析も2つのチーム間で異なります。 カリフォルニア大学バークレー校のチームは、オブジェクトがブラックホールであるか中性子星であるかを区別することはまだ不可能であると主張していますが、将来的にはより多くのハッブルデータと改善された分析で不一致を解決したいと考えています。

「ブラックホールだと断言できる限り、許容されるすべての解決策を報告す​​る必要があります。これには、質量の小さいブラックホールと、おそらく中性子星の両方が含まれます」とLu氏は述べています。

「光の曲線、明るさを信じられないなら、それは何か重要なことを意味します。時間に対する状況を信じられないなら、それはあなたに何か重要なことを教えてくれます」とラムは言いました。 「したがって、そのうちの1つが間違っている場合は、その理由を理解する必要があります。または、2つのデータセットで測定したものは正しいが、モデルは正しくない可能性があります。測光データと位置天文データは、同じ物理プロセスに由来します。つまり、明るさと位置は一貫している必要があります。お互いに。だから、そこに何かが欠けています。」

どちらのグループも、超微細レンズ本体の速度を推定しました。 Lu / Lamチームは、毎秒30km未満という比較的中程度の速度を見つけました。 STScIチームは、異常に高速な45 km / sを発見しました。これは、いわゆるブラックホールが生成した超新星から得た追加のキックの結果として解釈されました。

Lowは、彼女のチームの低速推定値を、ブラックホールは超新星の結果ではなく(今日の一般的な仮定)、代わりに宇宙に明るいスプラッシュを発生させない、または結果をもたらさない失敗した超新星から来るという新しい理論の可能なサポートとして解釈しますブラックホールキック。

Lu and Lamの研究は、全米科学財団(1909641)および全米航空宇宙局(NNG16PJ26C、NASA FINNESS 80NSSC21K2043)によってサポートされています。


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