Najwyraźniej ta „potworna czarna dziura”, którą odkryli badacze, wcale nie jest taka potworna. Ale znajdowanie błędów i praca nad ich poprawieniem w postępach nauki.
W niedawnym badaniu (badanie recenzowane opublikowane 27 listopada) zespół naukowców poinformował o odkryciu układu podwójnego LB-1, który zawiera gwiazdę i, zgodnie z ustaleniami, towarzyszącą czarną dziurę 70 razy masę naszego słońca. To była ważna wiadomość, że czarne dziury o masie gwiezdnej (czarne dziury powstałe w wyniku zapadania się gwiazdy) są zwykle mniejsze niż połowa tej masy. Ale chociaż badanie prowadzone przez Jifenga Liu z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego w Chinach (NAOC) Chińskiej Akademii Nauk było ekscytujące, również było błędne.
W tym tygodniu ukazały się trzy nowe artykuły, w których ponownie przeanalizowano wyniki badań Liu, a badania te mówią, że czarna dziura LB-1 nie jest tak naprawdę ogromna.
Dziwne czarne dziury
Czarne dziury o masie gwiezdnej są zazwyczaj identyfikowane przez jasne emisje rentgenowskie, które pochodzą z gazu, który obiekty akretują lub przyciągają z ich gwiazd towarzyszących. Ale czarna dziura zauważona w LB-1 jest „niedziałająca”; innymi słowy, nie akceptuje gazu ze swojej gwiazdy, więc nie można go znaleźć dzięki jasnym emisjom. Naukowcy sądzą, że istnieje wiele przykładów tego rodzaju czarnej dziury we wszechświecie, ale ponieważ trudno jest je dostrzec, niewiele jest obserwacji, które pokazałyby, ile z nich może istnieć.
Tak więc, aby ustalić, że układ ma czarną dziurę, zespół Liu musiał znaleźć i zbadać obiekt pośrednio, obserwując ruch w przesunięciu dopplerowskim gwiazdy układu i ciemnoczerwoną linię emisji.
Pod zjawiskiem Dopplera obiekty poruszające się w kierunku Ziemi wydają się niebieskie, ponieważ długości fal światła stają się coraz krótsze, a czerwone podczas oddalania się od nas, ponieważ długości fal stają się coraz dłuższe. Linia emisji, znana jako linia emisji H-alfa, jest linią widmową lub ciemną linią w widmie. Linie spektralne są często używane do identyfikacji atomów lub cząsteczek, a ta konkretna linia jest tworzona przez elektrony wodoru. Zespół Liu zakończył pracę, zakładając, że linia ta wychodzi z dysku akrecyjnego wokół czarnej dziury.
Mierząc zmiany przesunięcia Dopplera, naukowcy mogli określić prędkość obiektów, a tym samym ich masę. „Gdyby gwiazda i towarzysz przyspieszyli o tę samą wartość, oznaczałoby to, że mają taką samą masę, a jeśli ktoś przyspiesza znacznie mniej, byłoby znacznie cięższe”, University of California, Berkeley, doktorant astronomii Kareem El-Badry , powiedział współautor jednego z trzech artykułów analizujących te wyniki. Tak więc, mierząc poruszający się ruch emisji pochodzącej z (dziury załogi Liu) czarnej dziury, zespół Liu stwierdził, że prędkość czarnej dziury musi oznaczać, że jest ona niezwykle masywna jak na czarną dziurę o masie gwiazdowej.
El-Badry wyjaśnił, że jeśli emisja faktycznie pochodzi z czarnej dziury i porusza się zgodnie z ich doniesieniami, to w rzeczywistości oznaczałoby to, że w układzie znajdował się niezwykle masywny obiekt.
Główny problem z tym wnioskiem? Okazuje się, że ta linia emisyjna, której ruch służył jako główny dowód dla proponowanego obiektu ultramasywnego, nie poruszała się. W rzeczywistości nie poruszało się wcale, znaleziono nowe dokumenty dotyczące wniosków zespołu Liu.
Śmiałe roszczenie
Być może słyszeliście w ostatnich tygodniach rozmowy na temat „niemożliwej” czarnej dziury o masie 70 słonecznych. W dzisiejszej dawce zimnej wody twierdzimy, że dane zostały błędnie zinterpretowane i nie ma dowodów na wyjątkowo masywną BH. 1 / https://t.co/hWLhvaFK1F pic.twitter.com/FoEPifPegc 10 grudnia 2019
Twierdzenie o dziwnie masywnym odkryciu czarnej dziury po raz pierwszy uderzyło El-Badry'ego w coś dziwnego, ponieważ tego typu czarnej dziury nigdy wcześniej nie zaobserwowano przy takiej masie. „Moja pierwsza myśl, kiedy ukazała się gazeta, to takie śmiałe twierdzenie, że dowody powinny być naprawdę dobre”, powiedział El-Badry dla Space.com. „Zawsze powinieneś mieć otwarty umysł, ale w tym przypadku roszczenie było zdecydowanie nadzwyczajne, a dowody nieco bardziej chwiejne”.
Głównym problemem, który znalazł El-Badry, było to, że linia emisji wydawała się poruszać; tak naprawdę to się nie kręciło.
El-Badry i Eliot Quataert, profesor astronomii i fizyki na UC Berkeley, opublikował swoją analizę w poniedziałek (9 grudnia) na serwer preprint arXiv. Ich praca została również przedłożona do publikacji w czasopiśmie „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.
Brakująca linia absorpcji
Jak więc linia emisyjna może „wydawać się poruszać”? Cóż, tak się złożyło, że ustawiło się na linii absorpcji, co stworzyło złudzenie.
Aby zrozumieć iluzję, najpierw musisz wiedzieć, czym jest linia absorpcji. Zewnętrzne warstwy atmosferyczne otaczające gwiazdy służą jako materiał pochłaniający, który pochłania światło pochodzące z gwiazdy. Tak więc, gdy badacze badają spektrum światła pochodzącego od gwiazd, mogą zobaczyć linie absorpcyjne, które są tworzone przez atomy w atmosferze przechodzące między stanami atomowymi.
El-Badry powiedział, że z gwiazdą w LB-1 istniała linia absorpcyjna „ukryta” przez linię emisyjną. Taka sytuacja może stworzyć iluzję, że linia emisji porusza się, powodując wrażenie przesunięcia Dopplera, co El-Badry i naukowcy stojący za innymi artykułami wyjaśniali i wykazali w badaniach. Po prostu odejmując linię absorpcyjną od pomiarów linii emisyjnej, El-Badry i Quataert, którzy wykorzystali te same dane do swoich badań, co zespół Liu, odkryli, że linia emisyjna wcale się nie porusza.
Bez ruchu tej emisji Todd Thompson, profesor na Wydziale Astronomii Uniwersytetu Stanowego w Ohio, który nie brał udziału w żadnym z tych artykułów, wyjaśnił Space.com, istnieją dwie możliwe interpretacje. Albo drugi obiekt w układzie jest o wiele bardziej masywny niż kiedykolwiek zaobserwowano (znacznie ponad 70 mas Słońca) lub, o wiele bardziej prawdopodobne, może istnieć tylko czarna dziura średniej wielkości w LB-1 i linia emisji pochodzi z gdzie indziej, powiedział Thompson.
„Coś tam jest. Tyle, że to prawdopodobnie zwykła czarna dziura o masie gwiezdnej”, powiedział Jackie Faherty, starszy naukowiec z American Museum of Natural History w Nowym Jorku i współgospodarz „StarTalk Radio”. .com. Faherty nie był zaangażowany w żaden z tych dokumentów.
Ponieważ jednak linia emisji prawdopodobnie nie pochodzi z czarnej dziury, badacze nie mogą uzyskać bardzo dokładnego oszacowania masy czarnej dziury. Jednak analiza zespołu El-Badry'ego sugeruje, że czarna dziura ma najprawdopodobniej od 5 do 20 mas Słońca, co, jak opisali w swojej pracy, „wydaje się najbardziej prawdopodobne”.
Odkrycie ... odpadło?
Ukazały się dwa dodatkowe dokumenty, w których ponownie przeanalizowano twierdzenia zespołu Liu. Jeden, badanie prowadzone przez nowozelandzkiego astronoma teoretycznego J.J. Eldridge, który został opublikowany w arXiv, przyjął teoretyczne podejście do analizy systemu. Badacze w tym badaniu przeprowadzili symulację dużej biblioteki różnych rodzajów układów binarnych, aby sprawdzić, czy naukowcy mogliby znaleźć binarne, które pasowałyby do obserwacji zgłoszonych dla LB-1. Znaleźli kilka, które mogłyby, ale żaden z czarnymi dziurami o masie 70 Słońca.
Drugie badanie, również opublikowane na stronie arXiv i kierowane przez Michaela Abdula-Masiha z Instytutu Astronomii na uniwersytecie KU Leuven w Belgii, przyjęło podobne podejście do El-Badry'ego. Jednak zamiast korzystać z tych samych danych, co zespół Liu, badacze zgromadzili własne spektrum układu podwójnego za pomocą innego teleskopu. Przeprowadzili także symulacje, w których umieścili linię absorpcji pod linią emisji, aby sprawdzić, czy emisja wydaje się poruszać tak jak w LB-1. W tych symulacjach zespół Abdul-Masiha stwierdził, że linia zdawała się poruszać tam iz powrotem, co stanowi kolejny dowód na to, że linia emisyjna w systemie tylko wygląda, jakby się poruszała.
Odkup za LB-1
„Wydawało się to zbyt ekscytujące, aby mogło być prawdziwe” - powiedział Faherty. Ale, dodała, „jest to również sposób na rozwój nauki”.
Faherty podkreśliła, że „To jest OK, aby coś takiego mogło się wydarzyć.… To tylko korekta do poprzedniego wyniku… Jest OK mieć taką sytuację” - dodała. „Nauka rozwija się i idzie do przodu”.
Te dalsze badania dostarczyły dowodów, że wtórny obiekt w LB-1 nie jest tak naprawdę ultrarasną, ultramasywną czarną dziurą. El-Badry powiedział jednak, że wciąż jest to wyjątkowo interesujący obiekt i warto go studiować.
Ponieważ wiele uwagi poświęcono pierwotnemu badaniu, w tym analizom uzupełniającym, wzrosło zainteresowanie badaniem systemu LB-1 i podobnych systemów.
Identyfikując i badając niedziałające czarne dziury, takie jak ta związana z LB-1, naukowcy mogą dowiedzieć się więcej o tych nieuchwytnych obiektach. Mówi się, że są one powszechne w kosmosie, ale trudno je dostrzec, ponieważ nie wytwarzają jasnych emisji promieniowania rentgenowskiego.
„To bardzo interesujący czas, aby poszukać tych nieinteraktujących czarnych dziur i na pewno znaleźli bardzo interesujący system” - powiedział Thompson. Dodał, że istnieje „populacja, która musi znajdować się w czarnych dziurach w gwiazdorskich układach podwójnych, w których nie ma aktywnej interakcji między dwoma składnikami”.
Dodatkowo może być interesujące, jeśli naukowcy będą nadal badać, skąd dokładnie pochodzi ta linia emisji H-alfa. Dokumenty ponownie analizujące LB-1 sugerują, że „możliwe jest, że materiał okołonaczyniowy mógłby to wyjaśnić, ale jest to niewielka tajemnica… jest w porządku, jeśli w wyniku tego jest jakaś tajemnica” - powiedział Faherty.
Space.com skontaktowało się z zespołem Liu w sprawie komentarza, a Liu powiedział: „Piszemy artykuł, aby rozwiązać wszystkie te obawy”. Dodał, że jego zespół spodziewa się, że ten papier zostanie wydany w przyszłym tygodniu.
- Jakie są czarne dziury?
- Quiz Black Hole: Jak dobrze znasz najdziwniejsze stworzenia natury?
- Eureka! Naukowcy sfotografowali po raz pierwszy czarną dziurę
