Почему черная дыра массой 70 солнечных в системе LB-1 бросает вызов современной астрофизике?

Недавно ученые обнаружили большую черную дыру звездной массы, которую (ранее) они считали невозможной в нашей галактике!

Источник

Международная группа ученых заявила, что они обнаружили черную дыру звездной массы, масса которой в 70 раз превышает массу Солнца. Она настолько велика, что бросает вызов современным теориям о том, как образуются подобные черные дыры.

Почему бы ему не присутствовать в нашей галактической системе? Существуют ли какие-либо физические или математические расчеты, которые опровергают его существование?

Использованная литература:

Звездные черные дыры образуются при взрывах сверхновых, поэтому не вся первоначальная масса звезды оказывается в черной дыре. Ответы здесь дают некоторые важные детали.
Разные сайты сообщают о совершенно разных утверждениях авторов; полагаться на них - упражнение в разочаровании, поскольку они обычно не заботятся о науке или истине, а просто имеют броский заголовок для получения доходов от рекламы :) -1766-2 ) исчез, так что...
@Luaan Я могу получить доступ к бумаге (?)
@Allure Yay, он снова в сети :)
@Luaan Я нашел одну статью, в которой 100 миллионов таких вещей находятся в Млечном пути. Это примерно 1 на 100 квадратных световых лет. Исследователи, похоже, используют радикально новую технику, так что сейчас самое время подтвердить/не подтвердить.
@WayfaringStranger Да, этого следовало ожидать. На самом деле это не радикально новый метод — мы уже использовали тот же подход для поиска планет вокруг других звезд — и фактически, сверхмассивные черные дыры в центрах галактик были найдены таким же образом несколько десятилетий назад :) просто совершенствуйте компьютеры и алгоритмы, чтобы сделать это практичным. Мы знали, что черных дыр должно быть намного больше, чем мы видим, потому что те, которые мы видели, появились благодаря аккреционным дискам, которые, как мы ожидали, будут намного реже, чем сверхновые, оставляющие черные дыры.
@Gloweye Есть способы, которыми сверхновая может оставить после себя черную дыру, намного более массивную, чем обычно считается возможным. Мы просто не ожидаем, что это произойдет в наше время; что возвращает нас к «изначальному или чрезвычайно старому» объяснению. Просто это было бы самым скучным объяснением, которое не учит нас ничему новому о Вселенной, поэтому мы пытаемся найти что-то интересное, что может.
Я хотел бы обратить внимание на обновление @Allure в их ответе: оригинальная работа подверглась критике со стороны других, и, вероятно, нет черной дыры массой 70 солнечных масс, скорее всего, массой 4-7 солнечных.

Ответы (2)

Есть несколько частей информации, нужно понять это.

Хотя существуют звезды более массивные, чем 70 масс Солнца, когда они становятся черными дырами, они обычно теряют массу в процессе. Точное количество потерянной массы зависит от металличности (это технический термин, который описывает, сколько «металлов» — астрономическое определение металлов — это все, что тяжелее водорода и гелия — содержится в звезде). Звезда-компаньон, которую мы видим сегодня, имеет солнечную металличность, поэтому вполне вероятно, что первоначальная звезда (та, которая стала черной дырой) также имела солнечную металличность. К сожалению, это означает, что он не должен оставить остатка черной дыры массой 70. Из бумаги :

Эта [черная дыра массой 70 масс Солнца] серьезно бросит вызов современным моделям звездной эволюции, которые допускают образование только черных дыр размером до 25 М с ты н при солнечной металличности.

Откуда же тогда взялась эта черная дыра массой 70 солнечных? В статье обсуждается несколько альтернатив. Очевидным является то, что две меньшие черные дыры просто слились, образовав эту. Проблема в том, что вам по-прежнему нужны две черные дыры с массой 35 солнечных, а 35 явно > 25. (В принципе, черная дыра с массой 25 солнечных может слиться с черной дырой с массой 45 солнечных, но это все равно оставляет вопрос о том, откуда вообще взялась черная дыра массой 45 солнечных.) Обратите также внимание, что эта черная дыра, вероятно, не возникла в результате слияния нейтронных звезд, поскольку нейтронные звезды имеют предел массы около 2 солнечных масс. Наконец-то три черные дыры сливаются в одну, но это маловероятно: слияния уже редки, а два слияния должны быть еще реже.

Вот еще несколько маловероятных объяснений, которые я могу придумать:

  • Возможно, это первобытная черная дыра . Проблема в том, что первичные черные дыры — это что-то вроде единорога — объяснение в крайнем случае — потому что они работают всякий раз, когда вам нужна недостающая масса. Если вы можете объяснить наблюдение, не ссылаясь на первичные черные дыры, это гораздо предпочтительнее. См. также следующий пункт.
  • Возможно, черная дыра образовалась в другом месте, в среде, металличность которой не соответствует солнечной, а затем переместилась в это место и захватила свою звезду-компаньон. Проблема в том, что процесс захвата звезды маловероятен. Таким же образом мы можем сказать, что Земля, вероятно, образовалась вокруг Солнца; он не сформировался где-либо еще и позже был захвачен Солнцем. Есть еще одна проблема: у звезды наблюдается почти нулевой эксцентриситет (это означает, что ее орбита примерно круглая). Законы Ньютона предсказывают эллиптическую орбиту. Есть процессы, которые приведут орбиты к круговым, но для этого требуется много времени. Еще более маловероятен (редкий) случай звездного захвата, который приводит к почти точно круговой орбите.

В документе обсуждается несколько более заслуживающих доверия альтернатив:

  • Возможно, это была тройная система, где одна звезда стала черной дырой, а затем эта черная дыра «провалилась» на одну из других звезд и съела ее изнутри.
  • Возможно, это была «запасная сверхновая». Это когда звезда становится сверхновой, но выброшенный материал каким-то образом падает обратно на звездный остаток. Это никогда не наблюдалось непосредственно, и это может быть первым.
  • Возможно, что-то не так с измерением, например, неучтенный систематический эффект. Это самое приземленное объяснение.

В любом случае система теперь является привлекательной целью для телескопов.

Обновление: в настоящее время есть несколько статей , в которых утверждается об ошибке в анализе и о том, что в этой системе нет черной дыры массой 70 солнечных.

Просто добавим: сценарии захвата маловероятны из-за низкого эксцентриситета орбиты (e = 0,03 ± 0,01) и длительного времени, в течение которого приливы делают орбиту круговой, как отмечается в статье об открытии . Это также, вероятно, исключает слияние черных дыр (см. эту статью Шена и др. ) и другие процессы, связанные с внезапной потерей массы.
Откуда взялось понятие «слияния редки»?
@antispinwards спасибо, добавил комментарий по поводу эксцентричности системы.
@Beanluc немного сложно дать прямой источник для этого, но косвенные возможны: мы наблюдаем все небо в течение нескольких лет (для сравнения, эта система находится в Млечном Пути) и видели только несколько нейтронных звезд слияния.
Редкость слияний звезд с большой массой связана, прежде всего, с наблюдением, что звезды с большой массой редки. [Хорошая графика из Университета Колорадо][1] [1]: lasp.colorado.edu/outerplanets/images_solsys/big/…
Во-вторых, слияние бинарных черных дыр происходит редко, потому что для слияния двух черных дыр в звездной бинарной системе требуется много времени. Они просто случаются нечасто и заканчиваются «вспышкой». Начальные орбиты сжимаются из-за излучения гравитационных волн. Эта потеря энергии очень медленная с орбитами в несколько дней (миллионы лет), но увеличивается по мере того, как орбита сжимается. Это фаза спирали. Финальный щебет при слиянии черных дыр — это лишь начало очень долгого процесса. [Источники LIGO и типы гравитационного излучения][2]
Я видел утверждения, что ограничение составляет 35 солнечных масс, а не 25; слияние двух таких черных дыр кажется объяснением, выдвинутым авторами статьи. Также неясно, что такое неопределенность в массе, и кажется, что вокруг черной дыры вращается довольно молодая массивная звезда. Оригинальная статья исчезла из Nature, так что либо это серьезное искажение, либо какая-то проблема с наблюдением, либо с LB-1 происходит что-то интересное :)
@Luaan - кажется, он вернулся, я думаю, что у веб-сайта Nature было несколько проблем раньше, когда я получал 404 почти на каждой газете.
Попытки объяснить, как можно получить 70   М С ты н черная дыра, кажется, замалчивает самый простой ответ — тот, который упоминается в самой статье. Что предполагаемое расстояние до этой системы неверно, и, следовательно, измеренная масса неверна. Если использовать другие оценки, масса падает до очень разумного 10   М С ты н .
@zephyr Я рассматривал это, но забыл упомянуть, потому что «что-то не так с измерением» потенциально может объяснить все, не только это наблюдение, но и любое другое наблюдение. Я добавлю это как краткую заметку.
@Allure Верно, но в данном случае это не столько «что-то не так с этим измерением», сколько «другое измерение дает другие результаты». Я думаю, что этот момент является более весомым, поскольку сам документ поднимает его.
Обратите внимание, что образование черной дыры массой 70 солнечных в результате коллапса звезды считается невозможным при любой металличности из-за возникновения парной нестабильности сверхновых. Это исключает ваш вариант «он был сформирован в другом месте».

Возможно, это была галактическая черная дыра, а теперь она является остатком ранее сросшейся галактики. Наш Млечный Путь довольно велик и мог бы поглотить галактику меньшего размера.

Вопрос не в том, как он туда попал, а в том, почему его там «не должно быть».
70 М ⊙ слишком мала для черной дыры в центре галактики.
Почему черная дыра массой 70 солнечных в системе LB-1 бросает вызов современной астрофизике?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 2v