Gli astronomi potrebbero aver scoperto un calore “oscuro”.

Microlensing per oggetto compresso

image: Immagine del telescopio spaziale Hubble di una stella lontana che è stata illuminata e distorta da un oggetto invisibile ma estremamente compatto e pesante tra essa e la Terra. L’oggetto compatto – che gli astronomi dell’Università di Berkeley hanno stimato essere tra 1,6 e 4,4 volte la massa del nostro Sole – potrebbe essere un buco nero fluttuante, forse uno dei 200 milioni nella Via Lattea.
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Credito: Immagine per gentile concessione di STScI/NASA/ESA

Se la morte di grandi stelle lascia dietro di sé dei buchi neri, come credono gli astronomi, dovrebbero essercene centinaia di milioni sparsi per tutta la Via Lattea. Il problema è che i buchi neri isolati non sono visibili.

Ora, un team guidato dall’Università della California, Berkeley, gli astronomi hanno scoperto per la prima volta quello che potrebbe essere un buco nero fluttuante osservando la luminosità di una stella lontana mentre la sua luce è distorta dal forte campo gravitazionale di un oggetto, quindi – chiamato microgravità.

Il team è guidato dallo studente laureato Casey Lam e Jessica BassoUn professore associato di astronomia all’Università della California, Berkeley, stima che la massa dell’oggetto compatto invisibile sia compresa tra 1,6 e 4,4 volte la massa del Sole. Poiché gli astronomi ritengono che i resti di una stella morta debbano essere più pesanti di 2,2 masse solari per collassare in un buco nero, i ricercatori della UC Berkeley avvertono che l’oggetto potrebbe essere una stella di neutroni piuttosto che un buco nero. Anche le stelle di neutroni sono oggetti molto densi e compatti, ma la loro gravità è bilanciata dalla pressione interna dei neutroni, che impedisce un ulteriore collasso in un buco nero.

Che si tratti di un buco nero o di una stella di neutroni, l’oggetto è il primo residuo di una stella oscura – un “fantasma” stellare – scoperto a vagare per la galassia senza essere associato a un’altra stella.

“Questo è il primo buco nero galleggiante o stella di neutroni ad essere rilevato da lenti microgravitazionali”, ha detto Lu. “Utilizzando l’obiettivo più fine, possiamo esaminare e pesare questi oggetti isolati e compressi. Penso che abbiamo aperto una nuova finestra su questi oggetti scuri, che non possono essere visti in nessun altro modo”.

Determinare quanti di questi oggetti compatti abitano la Via Lattea aiuterà gli astronomi a capire l’evoluzione delle stelle – in particolare, come muoiono – e l’evoluzione della nostra galassia, rivelando forse se uno qualsiasi dei buchi neri invisibili sia buchi neri primordiali, che ha considera Alcuni cosmologi ritengono che grandi quantità siano state prodotte durante il Big Bang.

L’analisi di Lam, Lu e del loro team internazionale è stata accettata per la pubblicazione in Lettere del diario astrofisico. L’analisi include altri quattro eventi di micro-lenti che il team ha concluso non sono stati causati da un buco nero, sebbene due siano probabilmente causati da una nana bianca o da una stella di neutroni. Il team ha anche concluso che il numero probabile di buchi neri nella galassia è di 200 milioni, circa quello che la maggior parte dei teorici si aspettava.

Stessi dati, conclusioni diverse

In particolare, un team concorrente dello Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimora ha analizzato lo stesso evento di microlente e ha affermato che la massa dell’oggetto compatto è più vicina a 7,1 masse solari e a un buco nero indiscusso. Documento che descrive l’analisi del team STScI guidato da Kailash Sahuè stato accettato per la pubblicazione in Giornale astrofisico.

Entrambi i team hanno utilizzato gli stessi dati: misurazioni fotometriche della luminosità di una stella lontana quando la sua luce veniva distorta o “riflessa” dall’oggetto altamente compresso e misurazioni astronomiche del cambiamento di posizione della stella lontana nel cielo a causa della gravità. distorsione da parte dell’oggetto obiettivo. I dati ottici provenivano da due rilevamenti di microlenti: l’Esperimento di lenti gravitazionali ottiche (OGLE), che utilizza un telescopio di 1,3 metri in Cile gestito dall’Università di Varsavia, e le osservazioni di microlenti in astrofisica (MOA), che è montato su un telescopio da 1,8 -metro telescopio in Nuova Zelanda gestito dall’Università di Varsavia Università di Osaka. I dati astronomici provengono dal telescopio spaziale Hubble della NASA. STScI gestisce il programma scientifico del telescopio e conduce le sue operazioni scientifiche.

Poiché entrambe le ricognizioni di obiettivi di precisione hanno catturato lo stesso oggetto, ha due nomi: MOA-2011-BLG-191 e OGLE-2011-BLG-0462, o OB110462, in breve.

Mentre sondaggi come questo scoprono circa 2.000 stelle luminose mediante microlensing ogni anno nella Via Lattea, è stata l’aggiunta di dati astronomici che ha permesso alle due squadre di determinare la massa dell’oggetto compatto e la distanza dalla Terra. Il team guidato dall’Università della California, Berkeley, ha stimato che si trova tra 2.280 e 6260 anni luce di distanza (700-1920 parsec), verso il centro della Via Lattea e vicino al grande rigonfiamento che circonda il nero supermassiccio centrale della galassia. buco.

Il cluster STScI è stato stimato a circa 5.153 anni luce (1.580 parsec) di distanza.

Sto cercando un ago in un pagliaio

Lou e Lam si sono interessati al corpo per la prima volta nel 2020 dopo che il team STScI lo ha inizialmente concluso Cinque eventi di microlensing Quelli osservati da Hubble – che sono durati tutti per più di 100 giorni, e quindi potrebbero essere buchi neri – probabilmente non sono affatto causati da oggetti compatti.

Lu, che è alla ricerca di buchi neri che si muovono liberamente dal 2008, pensava che i dati l’avrebbero aiutata a stimare meglio la loro abbondanza nella galassia, che è stata approssimativamente stimata tra 10 milioni e 1 miliardo. Finora, buchi neri grandi come stelle sono stati trovati solo come parte di sistemi stellari binari. I buchi neri sono visti nei binari o nei raggi X, che sono prodotti quando il materiale di una stella cade su un buco nero, o dai moderni rivelatori di onde gravitazionali, che sono sensibili alla fusione di due o più buchi neri. Ma questi eventi sono rari.

“Casey e io abbiamo guardato i dati e ci siamo davvero interessati. Abbiamo detto: ‘Wow, non ci sono buchi neri'”, ha detto Lu. È incredibile, “anche se avrebbe dovuto essere lì”. “E così, abbiamo iniziato a guardare i dati. Se davvero non ci fossero buchi neri nei dati, questo non corrisponderebbe al nostro modello di quanti buchi neri dovrebbero esserci nella Via Lattea. Qualcosa doveva cambiare nella comprensione di buchi neri: il loro numero, la velocità o la massa”.

Quando Lahm analizzò la fotometria e l’astrometria degli eventi dell’obiettivo di cinque minuti, rimasi sorpreso che uno, OB110462, avesse le caratteristiche di un corpo compatto: il corpo dell’obiettivo appariva scuro, e quindi non una stella; la luminosità stellare è durata a lungo, quasi 300 giorni; Anche la distorsione della posizione della stella sullo sfondo è stata a lungo termine.

Lamm ha detto che la durata dell’evento dell’obiettivo era il suggerimento principale. Nel 2020, ha dimostrato che il modo migliore per cercare microlenti del buco nero è cercare eventi molto lunghi. Solo l’1% degli eventi lenti minuscoli che possono essere rilevati sono probabilmente da buchi neri, ha detto, quindi guardare tutti gli eventi sarebbe come cercare un ago in un pagliaio. Ma, secondo Lamm, è probabile che circa il 40% degli eventi di microlensing che durano più di 120 giorni siano buchi neri.

“La durata dell’evento luminoso è un indizio di quanto massiccia la lente in primo piano pieghi la luce della stella sullo sfondo”, ha detto Lamm. “Gli eventi più lunghi sono probabilmente dovuti ai buchi neri. Questa non è una garanzia, perché la durata dell’anello luminoso dipende non solo dalla massa della lente in primo piano, ma anche dalla velocità con cui la lente in primo piano e la stella sullo sfondo si muovono rispetto a Tuttavia, ottenendo anche misurazioni per la posizione apparente della stella di sfondo, possiamo confermare se la lente in primo piano è davvero un buco nero.

Secondo Lu, l’effetto gravitazionale di OB110462 sulla luce della stella di fondo è stato sorprendentemente lungo. Ci è voluto circa un anno prima che la stella raggiungesse il suo picco nel 2011, e poi circa un anno per tornare alla normalità.

Più dati distingueranno un buco nero da una stella di neutroni

Per confermare che OB110462 fosse il risultato di un oggetto estremamente compatto, Low e Lam hanno richiesto a Hubble più dati astronomici, alcuni dei quali sono arrivati ​​lo scorso ottobre. Questi nuovi dati hanno mostrato che il cambiamento nella posizione della stella dovuto al campo gravitazionale della lente poteva ancora essere osservato 10 anni dopo l’evento. Altre osservazioni di Hubble sul microlensing sono provvisoriamente programmate per l’autunno del 2022.

L’analisi dei nuovi dati ha confermato che OB110462 era molto probabilmente un buco nero o una stella di neutroni.

Low e Lam sospettano che le diverse conclusioni delle due squadre siano dovute al fatto che i dati astronomici e fotometrici forniscono misure diverse dei movimenti relativi degli oggetti avanti e indietro. Anche l’analisi astrologica differisce tra le due squadre. Il team dell’UC Berkeley sostiene che non è ancora possibile distinguere se l’oggetto sia un buco nero o una stella di neutroni, ma sperano di risolvere la discrepanza con più dati Hubble e analisi migliori in futuro.

“Per quanto possiamo dire definitivamente che si tratta di un buco nero, dovremmo riportare tutte le soluzioni consentite”, ha detto Lu. “Questo include sia i buchi neri di massa inferiore che forse anche una stella di neutroni”.

“Se non riesci a credere alla curva della luce, alla luminosità, significa qualcosa di importante. Se non riesci a credere alla situazione rispetto al tempo, questo ti dice qualcosa di importante”, ha detto Lamm. “Quindi, se uno di loro è sbagliato, dobbiamo capire perché. Oppure un’altra possibilità è che ciò che misuriamo nei due set di dati è corretto, ma il nostro modello non è corretto. I dati fotometrici e astrometrici provengono dallo stesso processo fisico, il che significa che la luminosità e la posizione devono essere coerenti tra loro. Quindi, c’è qualcosa che manca lì. “

Entrambi i gruppi hanno anche stimato la velocità del corpo dell’obiettivo ultrafine. Il team Lu/Lam ha riscontrato una velocità relativamente moderata, inferiore a 30 chilometri al secondo. Il team STScI ha trovato una velocità insolitamente alta, 45 km/s, che hanno interpretato come il risultato di un calcio in più che il cosiddetto buco nero ha ottenuto dalla supernova che ha generato.

Low interpreta la stima della bassa velocità del suo team come un possibile supporto per una nuova teoria secondo cui i buchi neri non sono il risultato di supernove – l’ipotesi prevalente oggi – ma provengono invece da supernove fallite che non fanno un brillante schizzo nell’universo o danno il risultato buco nero un calcio.

Il lavoro di Lu e Lam è supportato dalla National Science Foundation (1909641) e dalla National Aeronautics and Space Administration (NNG16PJ26C, NASA FINNESS 80NSSC21K2043).


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