Los astrónomos pueden haber descubierto un calor ‘oscuro’

Si la muerte de grandes estrellas deja agujeros negros, como creen los astrónomos, debería haber cientos de millones de ellos dispersos por toda la Vía Láctea. El problema es que los agujeros negros aislados no son visibles.

Ahora, un equipo dirigido por la Universidad de California, Berkeley, astrónomos han descubierto por primera vez lo que podría ser un agujero negro flotante al observar el brillo de una estrella distante mientras su luz es distorsionada por el fuerte campo gravitatorio de un objeto, por lo tanto – llamada microgravedad.

El equipo está dirigido por el estudiante graduado Casey Lam y jessica bajoUn profesor asociado de astronomía de la Universidad de California, Berkeley, estima que la masa del objeto compacto invisible es entre 1,6 y 4,4 veces la masa del Sol. Debido a que los astrónomos creen que los restos de una estrella muerta deben pesar más de 2,2 masas solares para colapsar en un agujero negro, los investigadores de UC Berkeley advierten que el objeto podría ser una estrella de neutrones en lugar de un agujero negro. Las estrellas de neutrones también son objetos muy densos y compactos, pero su gravedad se equilibra con la presión interna de neutrones, lo que evita un mayor colapso en un agujero negro.

Ya sea un agujero negro o una estrella de neutrones, el objeto es el primer remanente estelar oscuro, un «fantasma» estelar, descubierto deambulando por la galaxia sin estar asociado con otra estrella.

«Este es el primer agujero negro flotante o estrella de neutrones detectado por lentes microgravitacionales», dijo Lu. «Al usar la lente más fina, podemos examinar y pesar estos objetos aislados y comprimidos. Creo que hemos abierto una nueva ventana a estos objetos oscuros, que no se pueden ver de otra manera».

Determinar cuántos de estos objetos compactos habitan en la Vía Láctea ayudará a los astrónomos a comprender la evolución de las estrellas, en particular, cómo mueren, y la evolución de nuestra galaxia, posiblemente revelando si alguno de los agujeros negros invisibles son agujeros negros primordiales, que él Considera que algunos cosmólogos creen que se produjeron grandes cantidades durante el Big Bang.

El análisis de Lam, Lu y su equipo internacional ha sido aceptado para su publicación en Cartas de revistas astrofísicas. El análisis incluye otros cuatro eventos de microlente que el equipo concluyó que no fueron causados ​​por un agujero negro, aunque dos probablemente sean causados ​​por una enana blanca o una estrella de neutrones. El equipo también concluyó que la cantidad probable de agujeros negros en la galaxia es de 200 millones, más o menos lo que esperaban la mayoría de los teóricos.

Mismos datos, diferentes conclusiones

En particular, un equipo competidor del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore analizó el mismo evento de microlente y afirmó que la masa del objeto compacto está más cerca de 7,1 masas solares y un agujero negro indiscutible. Documento que describe el análisis realizado por el equipo STScI dirigido por kailash sahuha sido aceptado para su publicación en Diario astrofísico.

Ambos equipos utilizaron los mismos datos: mediciones fotométricas del brillo de una estrella distante cuando su luz fue distorsionada o «reflejada» por el objeto altamente comprimido, y mediciones astronómicas del cambio de posición de la estrella distante en el cielo como resultado de la gravedad. distorsión por el objeto de la lente. Los datos ópticos provinieron de dos sondeos con microlentes: el Experimento de lente gravitacional óptica (OGLE), que utiliza un telescopio de 1,3 metros en Chile operado por la Universidad de Varsovia, y las observaciones con microlentes en astrofísica (MOA), que está montado en un telescopio de 1,8 Telescopio de dos metros en Nueva Zelanda operado por la Universidad de Varsovia Universidad de Osaka. Los datos astronómicos provienen del telescopio espacial Hubble de la NASA. STScI gestiona el programa científico del telescopio y lleva a cabo sus operaciones científicas.

Debido a que ambos reconocimientos de lentes de precisión capturaron el mismo objeto, tiene dos nombres: MOA-2011-BLG-191 y OGLE-2011-BLG-0462, o OB110462, para abreviar.

Si bien sondeos como este descubren alrededor de 2000 estrellas brillantes mediante microlentes cada año en la Vía Láctea, fue la adición de datos astronómicos lo que permitió a los dos equipos determinar la masa del objeto compacto y la distancia a la Tierra. El equipo dirigido por la Universidad de California, Berkeley, estimó que se encuentra entre 2280 y 6260 años luz de distancia (700-1920 parsecs), hacia el centro de la Vía Láctea y cerca de la gran protuberancia que rodea la galaxia negra supermasivo central. agujero.

Se ha estimado que el cúmulo STScI está a unos 5.153 años luz (1.580 parsecs) de distancia.

Estoy buscando una aguja en un pajar

Lou y Lam se interesaron por primera vez en el cuerpo en 2020 después de que el equipo de STScI concluyó inicialmente que Cinco eventos de microlente Los observados por Hubble, todos los cuales han durado más de 100 días y, por lo tanto, podrían ser agujeros negros, probablemente no sean causados ​​​​por objetos compactos en absoluto.

Lu, que ha estado buscando agujeros negros que se muevan libremente desde 2008, pensó que los datos la ayudarían a estimar mejor su abundancia en la galaxia, que se estimó aproximadamente entre 10 millones y 1000 millones. Hasta ahora, solo se han encontrado agujeros negros del tamaño de una estrella como parte de sistemas estelares binarios. Los agujeros negros se ven en binarios ya sea en rayos X, que se producen cuando el material de una estrella cae sobre un agujero negro, o mediante detectores de ondas gravitacionales modernos, que son sensibles a las fusiones de dos o más agujeros negros. Pero estos eventos son raros.

«Casey y yo vimos los datos y nos interesamos mucho. Dijimos: ‘Guau, no hay agujeros negros'», dijo Lu. Eso es increíble, «aunque debería haber estado allí». «Entonces, comenzamos a analizar los datos. Si realmente no hubiera agujeros negros en los datos, esto no coincidiría con nuestro modelo de cuántos agujeros negros debería haber en la Vía Láctea. Algo tendría que cambiar para entender el negro». agujeros, ya sea su número, velocidad o masa”.

Cuando Lahm analizó la fotometría y la astrometría de los eventos de la lente de cinco minutos, me sorprendió que uno, el OB110462, tuviera las características de un cuerpo compacto: el cuerpo de la lente aparecía oscuro y, por lo tanto, no era una estrella; el brillo estelar duró mucho tiempo, casi 300 días; La distorsión de la posición de la estrella de fondo también fue a largo plazo.

Lamm dijo que la duración del evento de la lente fue el consejo principal. En 2020, demostró que la mejor manera de buscar microlentes de agujeros negros es buscar eventos muy largos. Solo el 1% de los eventos de lentes diminutas que se pueden detectar provienen probablemente de agujeros negros, dijo, por lo que observar todos los eventos sería como buscar una aguja en un pajar. Pero, según Lamm, es probable que alrededor del 40% de los eventos de microlentes que duran más de 120 días sean agujeros negros.

«La duración del evento brillante es un indicio de cuán masiva la lente de primer plano desvía la luz de la estrella de fondo», dijo Lamm. «Lo más probable es que los eventos más largos se deban a los agujeros negros. Esto no es una garantía, porque la duración del anillo brillante depende no solo de cuán masiva es la lente de primer plano, sino también de qué tan rápido se mueven la lente de primer plano y la estrella de fondo en relación con Sin embargo, al obtener también medidas para la ubicación aparente de la estrella de fondo, podemos confirmar si la lente de primer plano es realmente un agujero negro”.

Según Lu, el efecto gravitacional de OB110462 sobre la luz de la estrella de fondo fue sorprendentemente largo. La estrella tardó aproximadamente un año en alcanzar su punto máximo en 2011, y luego aproximadamente un año en volver a la normalidad.

Más datos distinguirán un agujero negro de una estrella de neutrones

Para confirmar que OB110462 resultó de un objeto extremadamente compacto, Low y Lam solicitaron más datos astronómicos del Hubble, algunos de los cuales llegaron en octubre pasado. Estos nuevos datos mostraron que el cambio en la posición de la estrella debido al campo gravitatorio de la lente aún podía observarse 10 años después del evento. Más observaciones de microlentes del Hubble están programadas tentativamente para el otoño de 2022.

El análisis de los nuevos datos confirmó que OB110462 probablemente era un agujero negro o una estrella de neutrones.

Low y Lam sospechan que las diferentes conclusiones de los dos equipos se deben al hecho de que los datos astronómicos y fotométricos dan diferentes medidas de los movimientos relativos de los objetos de proa y popa. El análisis astrológico también difiere entre los dos equipos. El equipo de UC Berkeley argumenta que aún no es posible distinguir si el objeto es un agujero negro o una estrella de neutrones, pero esperan resolver la discrepancia con más datos del Hubble y un análisis mejorado en el futuro.

«Por mucho que digamos definitivamente que es un agujero negro, deberíamos informar todas las soluciones permisibles. Esto incluye tanto agujeros negros de menor masa como quizás incluso una estrella de neutrones», dijo Lu.

«Si no puedes creer la curva de la luz, el brillo, eso significa algo importante. Si no puedes creer la situación frente al tiempo, eso te dice algo importante», dijo Lamm. «Entonces, si uno de ellos está mal, tenemos que entender por qué. O otra posibilidad es que lo que medimos en los dos conjuntos de datos sea correcto, pero nuestro modelo es incorrecto. Los datos fotométricos y astrométricos se originan en el mismo proceso físico, lo que significa que el brillo y la posición deben ser consistentes entre sí. Entonces, falta algo allí».

Ambos grupos también estimaron la velocidad del cuerpo de la lente ultrafina. El equipo de Lu/Lam encontró una velocidad relativamente moderada, menos de 30 kilómetros por segundo. El equipo de STScI encontró una velocidad inusualmente alta, 45 km/s, que interpretaron como el resultado de una patada extra que el llamado agujero negro recibió de la supernova que generó.

Low interpreta la estimación de baja velocidad de su equipo como un posible respaldo para una nueva teoría de que los agujeros negros no son el resultado de supernovas, la suposición que prevalece hoy en día, sino que provienen de supernovas fallidas que no causan una salpicadura brillante en el universo ni dan el resultado. agujero negro una patada.

El trabajo de Lu y Lam cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias (1909641) y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NNG16PJ26C, NASA FINNESS 80NSSC21K2043).