압축된 물체에 의한 마이크로렌즈

image: 허블 우주 망원경이 지구와 보이지 않지만 매우 작고 무거운 물체에 의해 왜곡되고 왜곡된 먼 별의 이미지. UC 버클리의 천문학자들이 우리 태양 질량의 1.6배에서 4.4배 정도로 추산한 이 조밀한 천체는 우리 은하에 있는 2억 개 중 하나인 자유 부동 블랙홀일 수 있습니다.
의견

크레딧: 이미지 제공: STScI/NASA/ESA

큰 별이 죽으면 블랙홀이 남는다고 천문학자들은 믿고 있습니다. 은하수 전체에 수억 개의 블랙홀이 흩어져 있어야 합니다. 문제는 고립된 블랙홀이 보이지 않는다는 것입니다.

이제 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스가 이끄는 팀이 천문학자들이 멀리 있는 별의 빛이 물체의 강한 중력장에 의해 왜곡될 때 그 밝기를 관찰함으로써 자유롭게 떠다니는 블랙홀이 무엇인지 처음으로 발견했습니다. – 미세 중력이라고합니다.

팀은 대학원생인 Casey Lam과 제시카 로우캘리포니아 대학교 버클리의 천문학 부교수는 보이지 않는 조밀한 물체의 질량이 태양 질량의 1.6배에서 4.4배 사이라고 추정합니다. 천문학자들은 죽은 별의 잔해가 블랙홀로 붕괴되기 위해서는 2.2 태양 질량보다 더 무거워야 한다고 믿기 때문에 UC 버클리 연구원들은 그 물체가 블랙홀이 아니라 중성자별일 수 있다고 경고합니다. 중성자별도 매우 조밀하고 조밀한 물체이지만 중력은 내부 중성자 압력에 의해 균형을 이루고 있어 블랙홀로 더 이상 붕괴되는 것을 방지합니다.

그것이 블랙홀이든 중성자별이든, 그 물체는 다른 별과 관련이 없는 은하계를 헤매다가 발견된 최초의 어두운 별의 잔해(별의 “유령”)입니다.

“이것은 미세중력 렌즈에 의해 탐지된 최초의 떠다니는 블랙홀 또는 중성자별”이라고 Lu는 말했습니다. “더 미세한 렌즈를 사용함으로써 우리는 이 고립되고 압축된 물체를 검사하고 무게를 잴 수 있습니다. 다른 방법으로는 볼 수 없는 이 어두운 물체에 대한 새 창을 열었다고 생각합니다.”

우리 은하에 얼마나 많은 이 조밀한 물체가 살고 있는지를 결정하는 것은 천문학자들이 별의 진화, 특히 별이 어떻게 죽는지, 그리고 우리 은하의 진화를 이해하는 데 도움이 될 것이며, 아마도 보이지 않는 블랙홀이 원시 블랙홀인지 밝혀낼 수 있을 것입니다. 일부 우주론자들은 빅뱅 동안 많은 양이 생성되었다고 믿습니다.

Lam, Lu 및 국제 팀의 분석이 다음 저널에 게재 승인되었습니다. 천체 물리학 저널 편지. 이 분석에는 블랙홀이 원인이 아니라고 팀이 결론지은 4개의 다른 미세렌즈 현상이 포함되어 있지만, 2개는 백색 왜성이나 중성자별일 가능성이 있습니다. 팀은 또한 은하계에 있을 가능성이 있는 블랙홀의 수는 대부분의 이론가들이 예상했던 것과 같은 2억 개라고 결론지었습니다.

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같은 데이터, 다른 결론

특히 볼티모어에 있는 우주 망원경 과학 연구소(Space Telescope Science Institute, STScI)의 경쟁 팀은 동일한 미세 렌즈 현상을 분석하여 이 조밀한 물체의 질량이 태양 질량 7.1에 가깝고 확실한 블랙홀이라고 주장했습니다. 가 이끄는 STScI 팀의 분석을 설명하는 논문 카일라쉬 사후출판이 승인되었습니다. 천체물리학 저널.

두 팀은 동일한 데이터를 사용했습니다. 즉, 고도로 압축된 물체에 의해 빛이 왜곡되거나 “반사”될 때 먼 별의 밝기에 대한 측광 측정과 중력의 결과로 하늘에서 먼 별의 변화하는 위치에 대한 천문학적 측정입니다. 렌즈 물체에 의한 왜곡. 광학 데이터는 두 개의 마이크로렌즈 조사에서 가져왔습니다. 하나는 바르샤바 대학에서 운영하는 칠레의 1.3미터 망원경을 사용하는 OGLE(Optical Gravitational Lens Experiment)이고, 다른 하나는 천체 물리학의 마이크로렌즈 관측(MOA)입니다. -바르샤바 대학 오사카 대학에서 운영하는 뉴질랜드의 미터 망원경. 천문학적 데이터는 NASA의 허블 우주 망원경에서 가져왔습니다. STScI는 망원경의 과학 프로그램을 관리하고 과학 작업을 수행합니다.

두 정밀 렌즈 정찰 모두 동일한 대상을 포착했기 때문에 MOA-2011-BLG-191 및 OGLE-2011-BLG-0462 또는 줄여서 OB110462라는 두 가지 이름이 있습니다.

이와 같은 조사는 매년 우리은하에서 미세렌즈를 통해 약 2,000개의 밝은 별을 발견하지만, 두 팀이 지구로부터의 조밀한 물체의 질량과 거리를 결정할 수 있었던 것은 천문학적 데이터의 추가 덕분이었습니다. 버클리 캘리포니아 대학이 이끄는 팀은 이 은하가 우리 은하의 중심을 향해 2,280~6260광년(700~1920파섹) 떨어져 있으며, 은하의 중심 초대질량 블랙을 둘러싸고 있는 큰 팽대부 근처에 있다고 추정했습니다. 구멍.

STScI 성단은 약 5,153광년(1,580파섹) 떨어져 있는 것으로 추정된다.

건초더미에서 바늘을 찾고 있어요

Lou와 Lam은 2020년 STScI 팀이 처음에 5가지 마이크로렌즈 이벤트 허블이 관찰한 것 – 모두 100일 이상 지속되어 블랙홀일 수 있음 -은 아마도 조밀한 물체에 의해 발생하지 않았을 것입니다.

2008년부터 자유롭게 움직이는 블랙홀을 찾아온 Lu는 이 데이터가 대략 천만에서 10억 사이로 추정되는 은하계에서 블랙홀의 존재비를 더 잘 추정하는 데 도움이 될 것이라고 생각했습니다. 지금까지 쌍성계의 일부로 별 크기의 블랙홀만 발견되었습니다. 블랙홀은 별의 물질이 블랙홀에 떨어질 때 생성되는 X선 또는 둘 이상의 블랙홀 병합에 민감한 현대 중력파 탐지기에 의해 쌍성에서 볼 수 있습니다. 그러나 이러한 이벤트는 드뭅니다.

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“Casey와 나는 데이터를 보고 정말 관심을 갖게 되었습니다. 우리는 ‘와우, 블랙홀이 없습니다’라고 말했습니다.”라고 Lu가 말했습니다. “그것이 거기에 있어야 했지만” 놀랍습니다. “그래서 우리는 데이터를 살펴보기 시작했습니다. 데이터에 실제로 블랙홀이 없었다면 이것은 우리 은하계에 얼마나 많은 블랙홀이 있어야 하는지에 대한 우리의 모델과 일치하지 않을 것입니다. 블랙에 대한 이해가 달라져야 합니다. 구멍 – 개수, 속도 또는 질량 중 하나입니다.”

Lahm이 5분 렌즈 이벤트의 측광 및 천체 측정을 ​​분석했을 때 OB110462 중 하나가 컴팩트한 본체의 특성을 갖고 있다는 사실에 놀랐습니다. 렌즈 본체가 어둡게 나타나므로 별이 아닙니다. 별의 밝기는 거의 300일 동안 지속되었습니다. 배경 스타의 위치 왜곡도 장기적이었다.

Lamm은 렌즈 이벤트의 길이가 주요 팁이라고 말했습니다. 2020년에 블랙홀 마이크로렌즈를 찾는 가장 좋은 방법은 매우 긴 사건을 찾는 것임을 보여주었습니다. 그녀는 감지할 수 있는 미세한 렌즈 이벤트의 1%만이 블랙홀에서 발생할 가능성이 있으므로 모든 이벤트를 보는 것은 건초 더미에서 바늘을 찾는 것과 같다고 말했습니다. 그러나 Lamm에 따르면 120일 이상 지속되는 마이크로렌즈 현상의 약 40%가 블랙홀일 가능성이 높습니다.

“밝은 현상이 얼마나 오래 지속되는지는 전경 렌즈가 배경 별의 빛을 얼마나 많이 휘게 하는지에 대한 힌트입니다.”라고 Lamm은 말했습니다. “더 긴 이벤트는 블랙홀 때문일 가능성이 높습니다. 밝은 링의 지속 시간은 전경 렌즈의 질량뿐만 아니라 전경 렌즈와 배경 별이 상대적으로 움직이는 속도에 따라 달라지기 때문에 이것이 보장되는 것은 아닙니다. 그러나 배경 별의 겉보기 위치에 대한 측정도 함께 얻음으로써 전경 렌즈가 실제로 블랙홀인지 여부를 확인할 수 있습니다.”

Lu에 따르면 배경 별의 빛에 대한 OB110462의 중력 효과는 놀라울 정도로 길었다. 2011년 별이 최고점에 도달하는 데 약 1년이 걸렸다가 다시 정상으로 돌아오는 데 약 1년이 걸렸습니다.

더 많은 데이터가 블랙홀을 중성자별과 구별할 것입니다

OB110462가 극도로 조밀한 물체에서 나온 것임을 확인하기 위해 Low와 Lam은 허블에 더 많은 천문학적 데이터를 요청했으며 그 중 일부는 지난 10월에 도착했습니다. 이 새로운 데이터는 렌즈의 중력장으로 인한 별의 위치 변화가 사건 후 10년 후에도 여전히 관찰될 수 있음을 보여주었다. 마이크로렌즈에 대한 더 많은 허블 관측이 2022년 가을에 잠정적으로 예정되어 있습니다.

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새로운 데이터를 분석한 결과 OB110462가 블랙홀 또는 중성자별일 가능성이 가장 높은 것으로 확인되었습니다.

Low와 Lam은 두 팀의 다른 결론이 천문 데이터와 측광 데이터가 앞뒤 물체의 상대적인 움직임에 대해 서로 다른 측정값을 제공하기 때문이라고 생각합니다. 점성학적 분석도 두 팀 간에 다릅니다. UC 버클리 연구팀은 아직 그 물체가 블랙홀인지 중성자별인지 구분할 수 없다고 주장하지만 앞으로 더 많은 허블 데이터와 개선된 분석으로 그 불일치를 해소하기를 희망한다.

Lu는 “우리가 그것이 블랙홀이라고 확실히 말할 수 있는 한, 우리는 모든 허용 가능한 솔루션을 보고해야 합니다. 여기에는 더 낮은 질량의 블랙홀과 아마도 중성자별까지 모두 포함됩니다.”라고 말했습니다.

“빛의 곡선, 밝기를 믿을 수 없다면 그것은 중요한 의미가 있습니다. 상황 대 시간을 믿을 수 없다면 그것은 당신에게 중요한 것을 말해줍니다”라고 Lamm은 말했습니다. “따라서 그 중 하나가 잘못된 경우 그 이유를 이해해야 합니다. 또는 두 데이터 세트에서 측정한 것이 정확하지만 우리 모델이 올바르지 않을 수도 있습니다. 측광 데이터와 천체 측정 데이터는 동일한 물리적 프로세스에서 비롯되며, 즉 밝기와 위치가 일치해야 합니다. 서로 일치해야 합니다. 그래서 거기에 뭔가가 빠져 있습니다.”

두 그룹 모두 초미세 렌즈체의 속도도 추정했습니다. Lu/Lam 팀은 초당 30km 미만의 비교적 적당한 속도를 발견했습니다. STScI 팀은 45km/s라는 비정상적으로 빠른 속도를 발견했는데, 이는 이른바 블랙홀이 생성한 초신성에서 얻은 추가 킥의 결과로 해석했습니다.

로우는 그녀의 팀의 저속 추정치를 블랙홀이 초신성의 결과가 아니라는 새로운 이론에 대한 가능한 지원으로 해석합니다. 오늘날 널리 퍼져 있는 가정입니다. 블랙홀 킥.

Lu와 Lam의 연구는 국립과학재단(1909641)과 국립항공우주국(NNG16PJ26C, NASA FINNESS 80NSSC21K2043)의 지원을 받고 있습니다.


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