Gökbilimciler, ESA’nın Gaia astrometri misyonundan elde edilen verileri kullanarak bilinen en yakın olanı belirlediler.[{” attribute=””>black hole, less than 1600 light-years away from Earth, and determined its mass. The black hole is orbiting a star similar to our Sun, and was identified by tracking the star that the black hole is orbiting. It is expected to be the first one of many black holes to be discovered using the same method. At the same time, the properties of the binary star system are unexpected, indicating a serious gap in astronomers’ understanding of how such systems form in the first place.
Black holes are difficult to observe, by their definition: mass concentrated in a region with a diameter so small that the resulting extremely strong gravity allows nothing to escape, not even light. Still, these objects have long found their place in astrophysics. So-called stellar black holes, in particular, with a few solar masses, are the end state of very massive stars. Now, a group of astronomers led by Kareem El-Badry (Max Planck Institute for Astronomy [MPIA] ve Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi), bilinen en yakın kara deliği keşfetmek için yeni bir yöntem kullandı. Keşif ayrıca mevcut astronomik bilgilerdeki, yani ikili yıldız sistemlerinin oluşumu hakkındaki boşlukları da ortaya koyuyor.
Bizim galaksimizde tahminen yüz milyon yıldızsal karadelik var.[{” attribute=””>Milky Way, but only a small fraction has been detected so far. Some have been detected by gravitational wave detectors, which have measured almost a hundred mergers of stellar black holes, yielding additional data about black hole masses.
Of those few dozen stellar black holes that have been detected using telescope observations, most orbit a companion star closely enough for the black hole’s gravity to pull hydrogen gas from the companion star into a so-called accretion disk that surrounds the black hole. The gas then becomes hot enough in the process to emit considerable amounts of X-rays. There are 20 known “X-ray binaries” of this kind, with an additional 50 candidate objects.
There have been several attempts to also find “quiescent” black holes in binary systems – black holes without an X-ray-emitting disk. The tool of choice: stellar spectra, the rainbow-like decomposition of star light, which contain information about a star’s motion. We know this, from everyday life, from the “Doppler effect” for sound: an ambulance with a blaring siren will sound higher-pitched when it is coming towards us, and lower-pitched once it has passed us. Similarly, light in stellar spectra tell us about a star’s motion directly toward us or away from us.
Bu video, şu anda Dünya’ya en yakın kara delik olan “Gaia BH1” yıldız kara deliğinin konumuna Samanyolu’nu yakınlaştırıyor. Konuma vardıktan sonra Güneş benzeri bir yıldızın Gaia BH1 etrafındaki yörüngesini görüyoruz.
Geçtiğimiz birkaç yıl boyunca, bir ikilinin yörüngesini ve görünmeyen bir yoldaşın kütlesini yalnızca yıldız spektrumlarından çıkarmaya çalışan hareketsiz kara delik keşiflerine dair birkaç iddia var. Bununla birlikte, biri hariç hepsi (El-Badry’nin ortak yazar olduğu ikili sistem VFTS 243’ün Haziran 2022’de keşfi) o zamandan beri takip çalışmaları tarafından sorgulandı veya tamamen reddedildi. Anahtar sorun: Spektrum, yıldız hareketi ve dolayısıyla yörünge ve yoldaşın kütlesi hakkındaki bilgilerin yalnızca bir kısmını verir. Eksik bilgi, temel bir belirsizlik kaynağıdır ve aynı zamanda ESA’nın Gaia misyonunun yardım vaat ettiği yerdir!
Birkaç yıldır, ESA’nın astrometri görevi Gaia’nın, yıldız tayflarının sunduklarını tamamlayıcı bilgiler sağlayarak ikili yıldız sistemlerindeki karadelikleri tespit etme ve karakterize etme konusunda yeni bir yol açacağına dair umut vardı. Gaia, yıldız konumunun ultra hassas ölçümleri için tasarlanmıştır. Bu, görünür bir yıldızın gökyüzündeki hareketini algılama ve bundan, görünmeyen bir yoldaşın varlığını anlama yeteneğini içerir.
Bir kara delik içeren bu tür bir ikili, toplam ikili dosya sayısına kıyasla hala çok nadir olacaktır. Bu nedenle, bu durumda Gaia’nın kapsamı, anketin kapsamı kadar önemlidir. kesinlik: yüz binden fazla ikili sistem için yüksek kaliteli veriler, samanlıkta iğneyi, birçok sıradan ikili dosya arasındaki kara delik ikilisini bulmak için adil bir şans sağlar.
Gaia ile tespit edilen ikili sistemler için yörünge verilerini içeren ilk Gaia veri sürümü 3 (Gaia DR3), Haziran 2022’nin ortalarında yayınlandığında, Kareem El-Badry, MPIA direktörü Hans-Walter Rix ve meslektaşları ile birlikte doğrudan set olası adaylar için verileri eleme hakkında. Genel olarak, ikili bir sistemdeki iki nesne birbirinin yörüngesinde dolanırken, her biri gökyüzünde küçük bir elips çizer. Gaia DR3, bu tür 168.065 küçük elips veya bunların parçaları için veri içerir.
Araştırmacılar, parlak bir yıldızın hatırı sayılır bir kütleye sahip görünmez bir yoldaş tarafından sürüklendiği sistemleri seçme olasılığı özellikle yüksek olan seçim kriterlerini uygulayarak, kümelerini altı olası adaya kadar daralttılar. Altı adayın tümü daha yakından bakmayı garanti ediyordu: yıldızın spektrumundan elde edilen radyal hız ölçümlerinin tamamlayıcı bilgilerinin yardımıyla, doğrudan bize doğru veya bizden uzağa doğru hareket hakkında bilgi veriyordu.
Radyal hızların ve Gaia konumlarının, tabiri caizse, aynı madalyonun iki yüzü olduğu gerçeği, çok önemli tutarlılık kontrolleri sağlar. Gökbilimciler, astronomik arşivlerde bulunan mevcut spektral verileri kullanarak adaylardan üçünü hemen elemeyi başardılar. Bu durumlarda, mevcut radyal hız verileri, ikili yörüngenin Gaia yeniden yapılandırmasıyla açıkça çelişiyordu.
Başka bir aday, Gaia verilerinin yeniden oluşturulmuş yörüngeye kötü uyması nedeniyle elenebilir, çünkü yörünge periyodu o kadar uzundur ki Gaia en başta bunu ölçemeyecekti. Ek spektral ölçümleri bekleyen beşinci bir aday hala değerlendiriliyor.
Araştırmacıların “Gaia BH1” olarak adlandırdığı kalan aday Gaia DR3 4373465352415301632, tasarıya çok iyi uyuyor: mevcut tüm veriler tutarlıydı. Daha fazla kesinlik için, gökbilimciler ayrıca Gaia BH1’in ek hedefli gözlemlerini gerçekleştirdiler: 6,5 m Magellan Clay teleskopu, 8,1 m Gemini-Kuzey teleskopu, 10 m Keck I teleskopu ve yeni veri noktalarından aslan payı için, 2.2m ESOMPIA’nın ESO’nun La Silla gözlemevinde kullandığı /MPG teleskopu.
Yörünge rekonstrüksiyonu devam etti. Gaia BH1, her 185,6 günde bir Güneşimize çok benzeyen bir yıldızın yörüngesinde dönen yaklaşık 10 güneş kütlesine sahip görünmez bir nesneye sahip bir sistemdi. Yıldız ile yoldaş arasındaki mesafe, ortalama Dünya-Güneş mesafesi kadardır. 10 güneş kütleli nesne başka bir yıldız olsaydı, mutlaka arkadaşından çok daha parlak olurdu. Bunun yerine, ne Gaia ne de takip gözlemleri ikinci bir yıldızın izini göstermiyor.
Bu, Gaia BH1’i bir kara delik için mükemmel bir aday yapar – ve yaklaşık 1560 ışıkyılı uzaklıkta, gökbilimcilerin henüz bulduğu Dünya’ya en yakın kara delik, önceki rekor sahibinin mesafesinin yarısından daha az!
Gaia verileri, yeni keşif için çok önemliydi. El-Badry, “Gaia BH1 kara deliğini bulmak için kullandığımız veri ürünlerini üretmek için yüzlerce araştırmacı çalıştı. Bu keşif sadece bize ait değil, Gaia işbirliğine ait.”
İstatistiksel olarak konuşursak, yakınlık galaksi boyunca çok sayıda benzer sistem olması gerektiğini ima eder. Yine de “sayısız”a bir sayı koymak zordur. Ancak El-Badry ve meslektaşları, şu anda 2025’in sonundan önce olmaması beklenen bir sonraki büyük Gaia veri yayını olan DR4’ün düzinelerce benzer sistemin keşfedilmesine izin vermesi gerektiğine dair oldukça iyi bir tahmine sahipler.
Keşfe dönüp baktığında Kareem El-Badry şöyle diyor: “Son dört yıldır Gaia BH1 gibi bir sistem arıyordum, her türlü yöntemi denedim ama hiçbiri işe yaramadı. Bu arayışın sonunda meyve verdiğini görmek çok sevindirici.”
El-Badry şunları ekliyor: “Bu projenin heyecan verici olmasının bir nedeni, bir şey bulma şansımızı gerçekten hiç bilmiyor olmamızdı: teorik tahminler pek çok büyüklük sırasına göre farklılık gösteriyordu. Analiz edilecek bir nesneye sahip olmak, sıfırdan büyük bir yükseltme ve şimdi ondan öğrenebileceğimiz her şeyi öğrenmek için çalışmamız ve aynı zamanda gelecekteki Gaia veri yayınlarında daha büyük bir örnek için hazırlanmamız gerekiyor.
Gaia BH1 muhteşem bir keşif ama aynı zamanda şaşırtıcı. Böyle bir sistemin ilk etapta nasıl oluşabileceğini açıklamak zor. Spesifik olarak, daha sonra bir kara deliğe dönüşen ata yıldızın en az 20 güneş kütlesi kütlesine sahip olması beklenirdi, bu da ömrünün çok kısa olduğu anlamına gelir – birkaç milyon yıl mertebesinde. Eğer her iki yıldız da aynı anda oluşmuş olsaydı, bu büyük kütleli yıldız bir süperdeve dönüşecek, şişip yıldızların ortak yörüngesinin çok ötesinde uzayı yutacaktı, diğer yıldız uygun bir hidrojen- haline dönüşecek zamanı bile bulamadan. yanan (“ana dizi”) yıldız.
Güneş kütleli yıldızın bu olaydan nasıl kurtulduğu ve karadelik çiftinin gözlemlerinin gösterdiği gibi görünüşte normal bir şekilde sona erdiği hiç de net değil. Hayatta kalmaya izin veren teorik modellerin tümü, güneş kütleli yıldızın gerçekte gözlemlenenden çok daha dar bir yörüngede olması gerektiğini tahmin ediyor.
Bu, daha sıra dışı oluşum senaryoları bırakır. Örneğin, iki orijinal yıldız, bir yıldız kümesinin parçası olarak oluşmuş olabilir. Başlangıçta, birbirlerinden önemli ölçüde daha uzakta olacaklardı, bu nedenle büyük kütleli yıldızın süperdev fazı, güneş kütleli yıldızın evrimini bozmayacaktı. Sistemin kümedeki ek yıldızlarla yakın karşılaşmaları, daha sonra yörüngeyi bugünkü çok daha küçük boyutuna çevirmiş olabilir.
Alternatif olarak, sistem aslında iki değil, üç bileşene sahip olabilir: Birbirine yakın yörüngede olan bir yerine iki büyük yıldız ve büyük çiftin yörüngesinde daha uzak bir mesafede dönen tek güneş kütleli yıldız. İki büyük yıldız, birbirlerinin süperdevlere dönüşmesini engelleyecekti. Bu durumda, 10 güneş kütleli nesne tek bir kara delik değil, birbirinin etrafında yakın yörüngede dönen bir çift kara delik olabilir. Yörüngedeki bu çift, tek güneş kütlesine sahip yıldız üzerinde biraz farklı çekim kuvvetleri uygulayacağından, gelecekteki kesin gözlemler bu olasılığı doğrulayabilir veya reddedebilir.
Sonuç olarak, Gaia BH1 en az üç şeyi bir arada sunuyor: Bilinen en yakın kara deliğin heyecan verici bir keşfi, daha önce tespit edilen herhangi bir kara deliğin yarısından daha az uzaklıkta. Önümüzdeki birkaç yıl içinde gelecek benzer keşiflerin bir vaadidir, ancak aynı zamanda ikili veya daha genel olarak çoklu yıldız sistemlerinin oluşumu hakkında mevcut astronomik bilginin sınırlarının ciddi bir hatırlatıcısıdır.
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için:
Referans: Kareem El-Badry, Hans-Walter Rix, Eliot Quataert, Andrew W Howard, Howard Isaacson, Jim Fuller, Keith Hawkins, Katelyn Breivik, Kaze WK Wong, Antonio C Rodriguez “Bir kara deliğin etrafında dönen Güneş benzeri bir yıldız” , Charlie Conroy, Sahar Shahaf, Tsevi Mazeh, Frédéric Arenou, Kevin B Burdge, Dolev Bashi, Simchon Faigler, Daniel R Weisz, Rhys Seeburger, Silvia Almada Monter ve Jennifer Wojno, 2 Kasım 2022, Royal Astronomical Society’nin Aylık Bildirimleri.
DOI: 10.1093/mnras/stac3140