Një ekip i udhëhequr nga Universiteti i Kalifornisë, Berkeley, astronomët kanë zbuluar për herë të parë se çfarë mund të jetë një vrimë e zezë lundruese e lirë duke vëzhguar ndriçimin e një ylli më të largët, ndërsa drita e tij ishte shtrembëruar nga fusha e fortë gravitacionale e objektit e quajtur mikrolenzimi gravitacional.
Ekipi, i udhëhequr nga studenti i diplomuar Casey Lam dhe Jessica Lu , një profesoreshë e asociuar e astronomisë në UC Berkeley, vlerëson se masa e objektit kompakt të padukshëm është midis 1.6 dhe 4.4 herë më shumë se masa e diellit. Për shkak se astronomët mendojnë se mbetja e mbetur e një ylli të vdekur duhet të jetë më e rëndë se 2.2 masa diellore për t’u shembur në një vrimë të zezë, studiuesit e UC Berkeley paralajmërojnë se objekti mund të jetë një yll neutron në vend të një vrime të zezë. Yjet neutron janë gjithashtu objekte të dendura, shumë kompakte, por graviteti i tyre balancohet nga presioni i brendshëm i neutronit, i cili parandalon kolapsin e mëtejshëm në një vrimë të zezë.
Qoftë një vrimë e zezë apo një yll neutron, objekti është mbetja e parë e errët yjore – një “fantazmë” yjore – e zbuluar duke u endur nëpër galaktikë pa çiftëzim me një yll tjetër.
“Kjo është vrima e parë e zezë ose ylli i neutronit lundrues i parë i zbuluar me mikrothjerrëz gravitacional,” tha Lu. “Me mikrothjerrëz, ne mund t’i hetojmë këto objekte të vetmuara, kompakte dhe t’i peshojmë ato. Mendoj se kemi hapur një dritare të re ndaj këtyre objekteve të errëta, të cilat nuk mund të shihen ndryshe.”
Përcaktimi se sa prej këtyre objekteve kompakte popullojnë galaktikën e Rrugës së Qumështit do t’i ndihmojë astronomët të kuptojnë evolucionin e yjeve në veçanti dhe se si vdesin, dhe ndoshta të zbulojë nëse ndonjë nga vrimat e zeza të padukshme janë vrima të zeza primordiale, të cilat disa Kozmologët mendojnë se janë prodhuar në sasi të mëdha gjatë Big Bengut.
Analiza nga Lam, Lu dhe ekipi i tyre ndërkombëtar është pranuar për botim në The Astrophysical Journal Letters. Analiza përfshin katër ngjarje të tjera të mikrolensit që ekipi arriti në përfundimin se nuk ishin shkaktuar nga një vrimë e zezë, megjithëse dy ishin shkaktuar nga një xhuxh i bardhë ose një yll neutron. Ekipi gjithashtu arriti në përfundimin se popullsia e mundshme e vrimave të zeza në galaktikë është 200 milionë – rreth asaj që parashikuan shumica e teoricienëve.
Të dhëna të njëjta, përfundime të ndryshme
Veçanërisht, një ekip konkurrues nga Instituti Shkencës i Teleskopit Hapësinor (STScI) në Baltimore analizoi të njëjtën ngjarje të mikrolensimit dhe pretendon se masa e objektit kompakt është më afër 7.1 masave diellore dhe padiskutim një vrimë e zezë. Një punim që përshkruan analizën nga ekipi STScI, i udhëhequr nga Kailash Sahu , është pranuar për botim në The Astrophysical Journal .
Imazhi i teleskopit hapësinor Hubble i një ylli të largët që u ndriçua dhe u shtrembërua nga një objekt i padukshëm, por shumë kompakt dhe i rëndë midis tij dhe Tokës. Objekti kompakt – i vlerësuar nga astronomët e UC Berkeley të jetë midis 1.6 dhe 4.4 herë më i madh se masa e diellit tonë – mund të jetë një vrimë e zezë lundruese e lirë, një nga ndoshta 200 milionët në galaktikën e Rrugës së Qumështit. Kredia e imazhit: STScI/NASA/ESA
Të dy skuadrat përdorën të njëjtat të dhëna: matjet fotometrike të ndriçimit të yllit të largët pasi drita e tij ishte shtrembëruar ose “thyer” nga objekti super-kompakt dhe matje astrometrike të zhvendosjes së vendndodhjes së yllit të largët në qiell si rezultat i shtrembërimit gravitacional. nga objekti i thjerrëzës. Të dhënat fotometrike erdhën nga dy sondazhe me mikrolent: Eksperimenti i Lenteve Gravitacionale Optike (OGLE), i cili përdor një teleskop 1.3 metra në Kili të operuar nga Universiteti i Varshavës, dhe eksperimenti i Vëzhgimeve të Mikrolenzit në Astrofizikë (MOA), i cili është montuar në një 1.8- teleskopi metër në Zelandën e Re i operuar nga Universiteti i Osakës. Të dhënat astrometrike erdhën nga Teleskopi Hapësinor Hubble i NASA-s. STScI menaxhon programin shkencor për teleskopin dhe kryen operacionet e tij shkencore.
Për shkak se të dy sondazhet me mikrolentë kapën të njëjtin objekt, ai ka dy emra: MOA-2011-BLG-191 dhe OGLE-2011-BLG-0462, ose shkurt OB110462.
Ndërsa sondazhet si këto zbulojnë rreth 2,000 yje të ndriçuar nga mikrolensimi çdo vit në galaktikën e Rrugës së Qumështit, shtimi i të dhënave astrometrike është ajo që i lejoi dy ekipet të përcaktojnë masën e objektit kompakt dhe distancën e tij nga Toka. Ekipi i udhëhequr nga UC Berkeley vlerësoi se ai shtrihet midis 2,280 dhe 6,260 vite dritë (700-1920 parsekë) larg, në drejtim të qendrës së Galaktikës së Rrugës së Qumështit dhe pranë fryrjes së madhe që rrethon vrimën e zezë masive qendrore të galaktikës.
Grupi STScI vlerësoi se ai shtrihet rreth 5,153 vite dritë (1,580 parseks) larg.
Duke kërkuar për një gjilpërë në një kashtë
Lu dhe Lam fillimisht u interesuan për objektin në vitin 2020 pasi ekipi i STScI konkludoi paraprakisht se pesë ngjarje të mikrolensimit të vëzhguara nga Hubble – të gjitha këto zgjatën për më shumë se 100 ditë, dhe kështu mund të ishin vrima të zeza – mund të mos shkaktoheshin nga objekte kompakte. pas te gjithave.
Ky ilustrim tregon se si graviteti i një vrime të zezë shtrembëron hapësirë-kohën dhe përkul dritën e një ylli të largët në mënyrë që pozicioni i tij të zhvendoset siç shihet nga Toka. Ky devijim, i kapur nga Teleskopi Hapësinor Hubble (në plan të parë majtas) dhe ndriçimi i lidhur i yllit i lejojnë astronomët të zbulojnë këto objekte të padukshme, që lundrojnë lirshëm dhe të llogarisin masën dhe shpejtësinë e tyre. Ilustrimi nga NASA, ESA, STScI, Joseph Olmsted
Lu, e cila ka qenë në kërkim të vrimave të zeza me lundrim të lirë që nga viti 2008, mendoi se të dhënat do ta ndihmonin atë të vlerësonte më mirë bollëkun e tyre në galaktikë, e cila është vlerësuar afërsisht midis 10 milion dhe 1 miliard. Deri më sot, vrimat e zeza me madhësi ylli janë gjetur vetëm si pjesë e sistemeve yjore binare. Vrimat e zeza në binarët shihen ose në rrezet X, të prodhuara kur materiali nga ylli bie mbi vrimën e zezë, ose nga detektorët e fundit të valëve gravitacionale, të cilët janë të ndjeshëm ndaj bashkimit të dy ose më shumë vrimave të zeza. Por këto ngjarje janë të rralla.
“Unë dhe Kejsi pamë të dhënat dhe u interesuam shumë. Ne thamë, ‘Uau, pa vrima të zeza. Kjo është e mahnitshme, edhe pse duhet të kishte pasur”, tha Lu. “Dhe kështu, ne filluam të shikojmë të dhënat. Nëse vërtet nuk do të kishte vrima të zeza në të dhënat, atëherë kjo nuk do të përputhej me modelin tonë për sa vrima të zeza duhet të ketë në Rrugën e Qumështit. Diçka do të duhej të ndryshonte në kuptimin tonë për vrimat e zeza – ose numri i tyre ose sa shpejt lëvizin ose masat e tyre.
Kur Lam analizoi fotometrinë dhe astrometrinë për pesë ngjarjet e mikrothjerrëzave, ajo u befasua që njëra, OB110462, kishte karakteristikat e një objekti kompakt: Objekti i thjerrëzës dukej i errët, dhe kështu jo një yll; ndriçimi i yjeve zgjati një kohë të gjatë, gati 300 ditë; dhe shtrembërimi i pozicionit të yllit të sfondit ishte gjithashtu afatgjatë.
Kohëzgjatja e ngjarjes së lenteve ishte informimi kryesor, tha Lam. Në vitin 2020, ajo tregoi se mënyra më e mirë për të kërkuar mikrolentet e vrimës së zezë ishte kërkimi i ngjarjeve shumë të gjata. Vetëm 1% e ngjarjeve të zbulueshme të mikrolensimit ka të ngjarë të jenë nga vrimat e zeza, tha ajo, kështu që të shikosh të gjitha ngjarjet do të ishte si të kërkosh një gjilpërë në një kashtë. Por, llogariti Lam, rreth 40% e ngjarjeve të mikrolensimit që zgjasin më shumë se 120 ditë, ka të ngjarë të jenë vrima të zeza.
“Sa kohë zgjat ngjarja e ndriçimit është një aluzion se sa masive është lentja në plan të parë që përkul dritën e yllit të sfondit,” tha Lam. “Ngjarjet e gjata janë më të mundshme për shkak të vrimave të zeza. Megjithatë, kjo nuk është një garanci, sepse kohëzgjatja e episodit të ndriçimit varet jo vetëm nga masa e lenteve në plan të parë, por edhe nga shpejtësia e lëvizjes së lentes në plan të parë dhe yllit të sfondit në raport me njëra-tjetrën. Megjithatë, duke marrë gjithashtu matje të pozicionit të dukshëm të yllit të sfondit, ne mund të konfirmojmë nëse thjerrëza në plan të parë është një vrimë e zezë.
Sipas Lu, ndikimi gravitacional i OB110462 në dritën e yllit të sfondit ishte jashtëzakonisht i gjatë. U desh rreth një vit që ylli të shkëlqejë në kulmin e tij në vitin 2011, më pas rreth një vit për t’u kthyer në normalitet.
Më shumë të dhëna do të dallojnë vrimat e zeza nga ylli neutron
Për të konfirmuar se OB110462 ishte shkaktuar nga një objekt super-kompakt, Lu dhe Lam kërkuan më shumë të dhëna astrometrike nga Hubble, disa prej të cilave mbërritën tetorin e kaluar. Këto të dhëna të reja treguan se ndryshimi në pozicionin e yllit si rezultat i fushës gravitacionale të thjerrëzës është ende i dukshëm 10 vjet pas ngjarjes. Vëzhgime të mëtejshme të Hubble të mikrothjerrëzave janë planifikuar paraprakisht për vjeshtën e vitit 2022.
Analiza e të dhënave të reja konfirmoi se OB110462 ka të ngjarë të ishte një vrimë e zezë ose një yll neutron.
Qielli i mbushur me yje në këtë foto të teleskopit hapësinor Hubble ndodhet në drejtim të qendrës galaktike. Ndërsa monitoronte qiellin në kërkim të yjeve që shkëlqejnë në mënyrë dramatike, teleskopi zbuloi një (qendrën) që u ndriçua dhe u zbeh midis 2011 dhe 2017. Kjo mund të jetë shkaktuar nga një vrimë e zezë në plan të parë që lëviz përpara yllit, duke e ndriçuar atë në mënyrë gravitacionale dhe duke e shtrembëruar pozicioni i tij në lidhje me yjet e sfondit. Kredia e imazhit: NASA, ESA, Kailash Sahu (STScI), me përpunim imazhi nga Joseph DePasquale i STScI
Lu dhe Lam dyshojnë se përfundimet e ndryshme të dy ekipeve janë për shkak se të dhënat astrometrike dhe fotometrike japin masa të ndryshme të lëvizjeve relative të objekteve të planit të parë dhe të sfondit. Analiza astrometrike gjithashtu ndryshon midis dy ekipeve. Ekipi i udhëhequr nga UC Berkeley argumenton se nuk është ende e mundur të dallohet nëse objekti është një vrimë e zezë apo një yll neutron. Megjithatë, ata shpresojnë të zgjidhin mospërputhjen me më shumë të dhëna të Hubble dhe të përmirësojnë analizën në të ardhmen.
“Aq sa do të donim të themi se është përfundimisht një vrimë e zezë, ne duhet të raportojmë të gjitha zgjidhjet e lejuara. Kjo përfshin si vrimat e zeza me masë më të ulët dhe ndoshta edhe një yll neutron, “tha Lu.
“Nëse nuk mund ta besoni kurbën e dritës, shkëlqimin, atëherë kjo thotë diçka të rëndësishme. Nëse nuk besoni pozicionin kundrejt kohës, kjo ju tregon diçka të rëndësishme”, tha Lam. “Pra, nëse njëri prej tyre gabon, duhet të kuptojmë pse. Ose mundësia tjetër është që ajo që matim në të dy grupet e të dhënave është e saktë, por modeli ynë është i pasaktë. Të dhënat e fotometrisë dhe astrometrisë lindin nga i njëjti proces fizik, që do të thotë se shkëlqimi dhe pozicioni duhet të jenë në përputhje me njëra-tjetrën. Pra, diçka mungon atje. ”
Të dy ekipet vlerësuan gjithashtu shpejtësinë e objektit me lente super-kompakt. Ekipi Lu/Lam gjeti një shpejtësi relativisht të qetë, më pak se 30 kilometra në sekondë. Ekipi i STScI gjeti një shpejtësi jashtëzakonisht të madhe, 45 km/s, e cila është rezultat i një goditjeje shtesë që vrima e zezë e supozuar mori nga supernova që e gjeneroi atë.
Lu e interpreton vlerësimin e shpejtësisë së ulët të ekipit të saj si potencialisht mbështetje të një teorie të re që vrimat e zeza nuk janë rezultat i supernovave – supozimi që mbretëron sot – por në vend të kësaj vijnë nga supernovat e dështuara që nuk bëjnë një spërkatje të ndritshme në univers ose nuk e shkelin atë që rezulton. vrimë e zezë.
