ブラックホールは、自然の中で最も驚くべき神秘的な力の1つです。同時に、それらは私たちが天体物理学を理解するための基本です。ブラックホールは、寿命の終わりに超新星を飛ぶ特に巨大な星の結果であるだけでなく、一般相対性理論を理解するための鍵でもあり、宇宙の進化において役割を果たすと考えられています。
このため、天文学者たちは長年、天の川銀河にブラックホールのセンサスを作成しようと熱心に取り組んできました。しかし、新しい研究は、天文学者がブラックホールのクラス全体を見落とした可能性があることを示しています。これは、天文学者のチームが3つの太陽の質量をわずかに超えるブラックホールを観測した最近の発見によるもので、これまでに発見された最小のブラックホールとなっています。
研究「非相互作用の低質量ブラックホールジャイアントスターバイナリーシステム」は、最近ジャーナルに掲載されました 理科。 担当チームはオハイオ州立大学の天文学者が率い、ハーバードスミスソニアン天体物理学センター、カーネギー科学研究所の観測所、ダーク宇宙論センター、複数の観測所や大学のメンバーを含みました。
この発見は、天体物理学者が以前は存在しなかったことを知らなかったオブジェクトを特定したので、特に注目に値しました。その結果、科学者たちは現在、私たちの銀河のブラックホールの数について彼らが知っていると彼らが考えていたものを再考することを余儀なくされています。オハイオ州立大学の天文学の教授であり、この研究の筆頭著者であるトッドトンプソンは、次のように説明しています。
「私たちは、ブラックホールを探すために実際にまだ調査していない別の集団がいるというこのヒントを示しています。人々は、超新星爆発、超大質量の黒い星がどのように爆発するか、超大質量星で元素がどのように形成されたかを理解しようとしています。つまり、ブラックホールの新しい集団を明らかにできれば、どの星が爆発し、どの星が爆発しないか、ブラックホールを形成するか、中性子星を形成するかについて、より多くの情報が得られます。それは新しい研究領域を切り開きます。」
時空に対する彼らの影響力のため、天文学者たちは長い間ブラックホールと中性子星を探し求めてきました。それらは星が死んだときに生じるものでもあるため、星のライフサイクルや要素の形成方法に関する情報も提供できます。それを行うために、天文学者は最初に私たちの銀河のどこにブラックホールがあるかを決定する必要があります、それは彼らが何を探すべきか知っていることを要求します。
それらを見つける1つの方法は、2つの星が互いの重力のために互いに軌道上でロックされているバイナリシステムを探すことです。これらの星の1つが寿命の終わり近くに重力崩壊を起こすと、崩壊して中性子星またはブラックホールを形成します。コンパニオンスターがその進化のレッドブランチフェーズ（RBP）に達した場合、大幅に拡大します。
この拡大により、レッドジャイアントはブラックホールまたは中性子星の伴星の対象となります。これにより、前者の表面から材料が引っ張られ、後者によってゆっくりと消費されます。これは、星から物質として放出される熱とX線がそのブラックホールの伴侶に付着することによって証明されます。
これまで、天文学者によって特定された私たちの銀河のすべてのブラックホールは、5〜15の太陽質量でした。対照的に、中性子星は、一般に約2.1太陽質量よりも大きくありません。2.5太陽質量よりも大きいものはどれも崩壊してブラックホールを形成するためです。 LIGOとVirgoがブラックホールの合併によって引き起こされた重力波を共同で検出したとき、それらはそれぞれ31と25の太陽質量でした。
これは、ブラックホールが、天文学者が通常の範囲であると見なした範囲外で発生する可能性があることを示していました。トンプソンが言ったように：
「すぐに、みんなが「すごい」のようでした。 LIGOが機能していることが証明されただけでなく、大衆が巨大だったからです。このサイズのブラックホールは大きな問題です。これまでに見たことがありませんでした。」
この発見は、トンプソンとその同僚に、最大の中性子星と最小のブラックホールの間に発見されていない物体が存在する可能性を検討するきっかけとなりました。これを調査するために、彼らはアパッチポイント天文台銀河進化実験（APOGEE）（銀河全体の約10万個の星からスペクトルを収集する天文調査）からのデータを組み合わせ始めました。
トンプソンと彼の同僚は、星が別の物体の周りを周回しているかどうかを示す変化の兆候がないか、このスペクトルを調べました。具体的には、星がドップラーシフトの兆候を示している場合-そのスペクトルが青の端に向かってシフトし、次に赤の波長にシフトする間で交替する-これは、見えていない仲間を周回している可能性を示しています。
この方法は、星に惑星の軌道システムがあるかどうかを判断する最も効果的で一般的な方法の1つです。惑星が星を周回するとき、惑星は星に重力を及ぼし、星を前後に動かします。これと同じ種類のシフトは、トンプソンと彼の同僚によって、APOGEEスターのいずれかがブラックホールを周回しているかどうかを判断するために使用されました。
それは、トンプソンがAPOGEEデータを200の候補に絞り込んだことから始まりました。その後、データをTharindu Jayasinghe（オハイオ州の大学院研究員）に渡し、OSUが実行し、1,000以上の超新星が見つかった超新星全天自動調査（ASAS-SN）のデータを使用して数千をコンパイルしました各候補者の画像の。
これにより、既知のブラックホールよりはるかに小さいが、既知の中性子星よりもはるかに大きい何かを周回しているように見える巨大な赤い星が明らかになりました。結果をTillinghast Reflector Echelle Spectrograph（TRES）およびGaia衛星からの追加データと組み合わせた後、彼らは太陽の質量の約3.3倍のブラックホールを発見したことに気付きました。
この結果は、低質量ブラックホールの新しいクラスの存在を確認するだけでなく、それらを見つけるための新しい方法も提供しました。トンプソンが説明したように：
「私たちがここで行ったことは、ブラックホールを検索する新しい方法を考案しましたが、潜在的に天文学者が知らなかった低質量のブラックホールの新しいクラスの最初の1つを潜在的に特定しました。物事の塊は彼らの形成と進化について私たちに語り、そして彼らはその性質について私たちに語ります。」
