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

Ora, gli astronomi guidati dall’Università della California, a Berkeley, hanno scoperto per la prima volta quello che potrebbe essere un buco nero galleggiante osservando la luminosità di una stella lontana mentre la 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 trasformarsi in un buco nero, i ricercatori dell’Università della California a Berkeley avvertono che l’oggetto potrebbe essere una stella di neutroni, non un buco nero. Anche le stelle di neutroni sono oggetti molto densi e compatti, ma la loro gravità è compensata dalla pressione interna dei neutroni, che impedisce un ulteriore collasso nel 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 mentre vagava per la galassia senza essere associato a un’altra stella.

“Questo è il primo buco nero galleggiante o stella di neutroni rilevato da lenti a microgravità”, ha detto Lu. “L’uso di una lente fine ci consente di 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”.

Determinando quanti di questi oggetti compatti vivono nella Via Lattea, gli astronomi possono capire l’evoluzione delle stelle – in particolare come muoiono – e l’evoluzione della nostra galassia, rivelando potenzialmente se uno qualsiasi dei buchi neri invisibili sia buchi neri primordiali, il che è Inoltre, alcuni cosmologi ritengono che grandi quantità siano state prodotte durante il Big Bang.

Lam, Lu e l’analisi del loro team internazionale è stata accettata per la pubblicazione in Lettere del diario astrofisico. L’analisi include altri quattro eventi di microlensing 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 possibile di buchi neri nella galassia è di 200 milioni, più o meno ciò che la maggior parte dei teorici aveva previsto.

Stessi dati, conclusioni diverse

In particolare, un team in competizione dello Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimora ha analizzato lo stesso evento di microlente, sostenendo 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 luce veniva distorta o “riflessa” da un oggetto fortemente compresso e misurazioni astronomiche del cambiamento di posizione della stella lontana nel cielo a causa della gravità. distorsione del corpo dell’obiettivo. I dati ottici provengono da due studi sui microlenti: l’Optic Gravitational Lens Experiment (OGLE), che utilizza un telescopio di 1,3 metri in Cile gestito dall’Università di Varsavia, e il Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), che è montato su un 6 -telescopio a piedi. Telescopio metro 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 attività scientifiche.

Poiché entrambe le esplorazioni con microlenti hanno catturato lo stesso oggetto, ha due nomi: MOA-2011-BLG-191 e OGLE-2011-BLG-0462 o OB110462 in breve.

Mentre studi come questo scoprono circa 2.000 stelle luminose ogni anno attraverso la lente precisa della 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 trovi tra 2.280 e 6260 anni luce (700-1920 parsec), verso il centro della Via Lattea e vicino al grande rigonfiamento che forma il massiccio oceano centrale del nero galassia. Spacco.

STScI ha una massa stimata di 5.153 anni luce (1.580 parsec).

Sto cercando un ago in un pagliaio

Lu 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 Le osservazioni di Hubble – che sono durate tutte più di 100 giorni e quindi potrebbero essere buchi neri – probabilmente non erano affatto dovute agli 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, solo buchi neri di dimensioni stellari sono stati trovati come parte di sistemi stellari binari. I buchi neri sono visibili nelle stelle binarie, sia nei raggi X, che vengono prodotti quando il materiale di una stella cade su un buco nero, sia 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 esaminato i dati e ci siamo davvero interessati. Abbiamo detto: ‘Wow, non ci sono buchi neri'”, ha detto Lu. È incredibile, “anche se avrebbero dovuto esserci”. dati. Se non ci fossero buchi neri nei dati, non corrisponderebbe al nostro modello per quanti buchi neri dovrebbero essere presenti nella Via Lattea. Qualcosa deve cambiare nella comprensione dei buchi neri, che si tratti del loro numero, velocità o massa”.

Quando Lamm ha analizzato la fotometria e l’astrometria degli eventi dell’obiettivo di cinque minuti, sono rimasto sorpreso dal fatto che uno, OB110462, avesse le caratteristiche di un corpo compatto: il corpo dell’obiettivo sembrava opaco e quindi non una stella; la luminosità stellare è durata a lungo, quasi 300 giorni; Anche la posizione della stella sullo sfondo è stata distorta per molto tempo.

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

“La durata di un evento luminoso è un’indicazione della forza con cui l’obiettivo in primo piano piega la luce della stella sullo sfondo”, ha affermato Lamm. Gli eventi più lunghi sono molto probabilmente dovuti ai buchi neri. Questa non è una garanzia, perché la durata dell’anello luminoso dipende non solo da quanto è pesante l’obiettivo anteriore, ma anche dalla velocità con cui si muovono l’obiettivo anteriore e la stella sullo sfondo rispetto ad esso. Ma anche misurando la posizione apparente della stella sullo sfondo, possiamo confermare se la lente in primo piano sia davvero un buco nero. “

Secondo Lu, l’effetto gravitazionale di OB110462 sulla luce della stella di fondo è stato sorprendentemente lungo. La stella ha impiegato circa un anno per raggiungere il picco nel 2011, e poi circa un anno per tornare alla normalità.

Più dati distingueranno tra un buco nero e 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. Avvistamenti Hubble con obiettivi più precisi sono provvisoriamente programmati 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.

Lou e Lam sospettano che le diverse conclusioni delle due squadre siano dovute al fatto che i dati astronomici e i dati fotometrici forniscono misurazioni diverse dei movimenti relativi degli oggetti a prua ea poppa. Anche l’analisi astrologica differisce tra le due squadre. Il team dell’UC Berkeley afferma che non è ancora possibile distinguere se l’oggetto è un buco nero o una stella di neutroni, ma spera di risolvere la discrepanza in futuro con più dati Hubble e analisi migliorate.

“Per quanto diciamo definitivamente che è un buco nero, dobbiamo segnalare tutte le soluzioni consentite”, ha detto Lu. Ciò include buchi neri di piccola massa e forse anche stelle di neutroni.

“Se non riesci a credere alla curvatura della luce e della luminosità, significa qualcosa di importante. Se non riesci a credere alla situazione rispetto al tempo, significa qualcosa di importante”, ha detto Lamm. “Quindi, se qualcuno ha torto, dobbiamo capire perché . Oppure un’altra possibilità è che ciò che stiamo misurando in entrambi i set di dati sia vero, ma il nostro modello non è corretto. I dati ottici e astrometrici provengono dallo stesso processo fisico, il che significa che la luminosità e la posizione devono essere coerenti. Con qualche. Quindi c’è qualcosa che manca lì. †

Entrambi i gruppi valutano anche la velocità del corpo dell’obiettivo a super risoluzione. 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 ha interpretato come il risultato di un calcio extra dato al cosiddetto buco nero 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’attuale ipotesi – ma provengono invece da supernove fallite che non fanno schizzi nell’universo o causano l’annerimento risultante fare il buco.

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