Vzácná černá díra „Zlatovláska“ objevená po masivní explozi v hlubokém vesmíru

Při prohledávání katalogu více než 2700 aktivních explozí hlubokého vesmíru zachycených observatoří Compton Gamma Ray v NASA bylo úkolem Jamese Payntera najít jehlu v hromadě jehel. Student PhD na univerzitě v Melbourne chtěl najít jeden z výbuchů, výbuch gama záření, který byl „upraven pomocí čočky“ – jeho cestu prošel masivní kosmický objekt na cestě na Zemi.

Na konci mistrů snížil počet kandidátů na hrst a po vytvoření několika sofistikovaných analytických technik mu zbýval jen jeden.

Tento filtr, známý jako GRB 950830, je podrobně popsán v nové studii, To bylo zveřejněno v Nature Astronomy v pondělí„A obří kosmický objekt, který musel obíhat kolem, aby se dostal na Zemi, je„ střední hmota černé díry “, což je vzácný kmen kosmických gravitačních žlabů, kterému astronomové teprve začínají rozumět.

Mírný

Ve vesmíru existují dva známé typy černých děr: hvězdné černé díry, které se tvoří, když exploduje masivní hvězda a poté se zhroutí do sebe, a supermasivní černé díry, které leží v jádru galaxií. The Supermasivní černá díra v srdci Messier 87 to bylo Předmět prvního snímku černé díryPřijato v roce 2019.

Hvězdné černé díry jsou asi 10krát větší než hmotnost Slunce. Supermasivní černé díry mohou být miliardykrát větší. Oblast mezi nimi? „Mezi těmito dvěma extrémy nic nevidíme,“ říká Pinter.

Astrofyzici teoretizovali – a začali objevovat – černé díry v takzvané „hromadné mezeře“, oblasti „Zlatovláska“, kde se předpokládá, že existují středně velké černé díry, neboli IMBH. Velikost těchto černých děr je 100 až 100 000krát větší než hmotnost Slunce a jsou chybějícím článkem mezi malými černými děrami, které rozptylují vesmír, a supermasivními dírami ve středu galaxií.

Velmi málo středních hmotných černých děr bylo definitivně objeveno. Další, menší černá díra byla objevena v září 2020: oznámili astronomové studující gravitační vlny Našli IMBH s hmotností asi 150krát větší než Slunce., Který byl vytvořen spojením dvou malých černých děr.

Ale to, co Paynter a spoluautoři objevili, Rachel Webster, astrofyzik z University of Melbourne, a Eric Thrain, astrofyzik z Monash University, jsou ve srovnání s pobuřujícími.

„Náš IMBH je mnohem větší,“ říká Paynter. „Pokud by se vytvořily z hvězdných černých děr, prošly by mnoha generacemi fúzí, aby dosáhly své pozorované hmotnosti.“

Podobný filtr o hmotnosti asi 50 000 sluncí, 3XMM J215022.4-055108, byl Publikováno v The Astrophysical Journal Letters v březnu 2020„Ale toto se našlo, když se nedaleká hvězda roztrhla. Metoda používaná Paynterem a kolegy využívá gravitační čočky.

Gravitační čočka

GRB 950830 je krátký záblesk gama záření z velmi velké vzdálenosti. Vědci si nejsou úplně jisti, odkud pochází, ale nachází se někde v hlubinách temného lesa vesmíru. Věří, že exploze nastala, když do sebe narazily dvě neutronové hvězdy a uvolnily obrovské množství energie.

Painter hledal záblesk gama „gravitačních čoček“ z přístroje BATSE na observatoři Compton Gamma Observatory NASA, který zachytil asi 2700 signálů gama záření mezi lety 1990 a 1999. „Chtěli jsme nejlepší šanci objektiv najít, takže BATSE byl ten, který jsme si vybrali. “říká Paynter.

GRB 950830 je jediný, který tým shledal optimistickým.

Painter poznamenává: „Mým původním vzrušením bylo, že jsem našel první GRB z hlediska gravitace, protože i přes 30 let výzkumu nebyli nalezeni žádní statisticky silní kandidáti.“ „Vyvinuli jsme pokročilý analytický software, který výrazně vylepšuje předchozí metody detekce čoček, což nám umožnilo také silně odmítnout kandidáty.“

Po další analýze došlo k ještě vzrušujícímu objevu. Došlo k aktivnímu výbuchu za Středně hmotná černá díra.

Mohutný gravitační tah IMBH ohýbal kolem sebe všechny formy světla a elektromagnetického záření. Když výbuch gama záblesku explodoval, putoval vesmírem k nám. Ale když se srazil s IMBH, signál byl rozdělen, což je jev známý jako gravitační čočka.

Objektiv má výstražné znamení, signální rezonanci, protože část záření z gama záblesku trvá déle, než se dostane k detektoru na observatoři, jak se ohýbá kolem IMBH. Je to velmi jemný rozdíl. „Navzdory tomu, že k nám cestujeme miliardy světelných let, je tento rozdíl v době příjezdu v našem případě pouze 400 milisekund,“ vysvětluje Paynter.

Pro IMBH to není jednoznačný nález, ale je to další dobrý kandidát. Pomáhá také astronomům odhadnout, kolik z těchto masivních objektů může číhat v hlubokém vesmíru. Jejich výpočty naznačují, že v našem oceánu v Mléčné dráze může být asi 46 000, ale Paynter říká, že v měření je spousta nejistoty. Hledání informovanějších kandidátů by mělo pomoci snížit nejistotu.

V ideálním případě, říká, budeme v budoucnu analyzovat i další katalogy.

Možná Thran naznačuje, že IMBH mohly být starodávnými pozůstatky raného vesmíru z doby před vznikem hvězd a galaxií. Pokud ano, mohou to být „semena supermasivních černých děr, které dnes žijí v srdcích galaxií“.

Pokračování Vesmírný kalendář 2021 pro CNET Držet krok s nejnovějšími letošními vesmírnými zprávami. Můžete jej dokonce přidat do svého Kalendáře Google.