หลุมดำเป็นหนึ่งในพลังที่ยอดเยี่ยมและลึกลับที่สุดของธรรมชาติ ในขณะเดียวกันมันก็เป็นพื้นฐานของความเข้าใจในฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของเรา หลุมดำไม่เพียง แต่เป็นผลมาจากดวงดาวขนาดใหญ่โดยเฉพาะที่ไปยังซูเปอร์โนวาในตอนท้ายของชีวิตพวกเขายังเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับสัมพัทธภาพทั่วไปและเชื่อว่ามีบทบาทในวิวัฒนาการของจักรวาล
ด้วยเหตุนี้นักดาราศาสตร์จึงพยายามสร้างการสำรวจสำมะโนประชากรของหลุมดำในกาแลคซีทางช้างเผือกเป็นเวลาหลายปี อย่างไรก็ตามการวิจัยใหม่บ่งชี้ว่านักดาราศาสตร์อาจมองข้ามหลุมดำทั้งชั้น สิ่งนี้มาจากการค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ซึ่งทีมนักดาราศาสตร์ได้สังเกตหลุมดำที่มีมวลเพียงสามเท่าของดวงอาทิตย์ทำให้หลุมดำขนาดเล็กที่สุดที่ค้นพบอยู่ในปัจจุบัน
การศึกษา“ ระบบดาวคู่ขนาดยักษ์ที่มีมวลโมเลกุลต่ำขนาดไม่ใหญ่ของโลก” เพิ่งปรากฏในวารสาร วิทยาศาสตร์. ทีมที่รับผิดชอบนั้นนำโดยนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอและรวมถึงสมาชิกจากศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียนหอสังเกตการณ์ของสถาบันคาร์เนกี้เพื่อวิทยาศาสตร์ศูนย์จักรวาลวิทยามืดและหอดูดาวและมหาวิทยาลัยหลายแห่ง
การค้นพบครั้งนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษเพราะมันระบุว่าเป็นวัตถุที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ไม่เคยรู้มาก่อน เป็นผลให้นักวิทยาศาสตร์ถูกบังคับให้พิจารณาสิ่งที่พวกเขาคิดว่าพวกเขารู้เกี่ยวกับประชากรของหลุมดำในกาแลคซีของเรา ในฐานะที่เป็นทอดด์ทอมป์สันศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตทและเป็นผู้เขียนการศึกษาอธิบาย:
“ เรากำลังแสดงคำแนะนำนี้ว่ามีประชากรอีกกลุ่มหนึ่งที่เรายังไม่ได้สำรวจในการค้นหาหลุมดำ ผู้คนกำลังพยายามทำความเข้าใจการระเบิดของซุปเปอร์โนวาดาวสีดำมวลมหาศาลระเบิดอย่างไรดาวฤกษ์ที่ก่อตัวเป็นองค์ประกอบในดาวมวลมหาศาล ดังนั้นถ้าเราสามารถเปิดเผยประชากรหลุมดำใหม่ได้มันจะบอกเราเพิ่มเติมว่ามีดาวดวงใดบ้างที่ระเบิดซึ่งไม่ก่อตัวเป็นหลุมดำซึ่งก่อตัวเป็นดาวนิวตรอน มันเปิดพื้นที่ใหม่ของการศึกษา”
เนื่องจากอิทธิพลที่มีต่ออวกาศและเวลาทำให้นักดาราศาสตร์ค้นหาหลุมดำและดาวนิวตรอนมานานแล้ว เนื่องจากพวกมันเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อดาวตายพวกเขายังสามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับวัฏจักรชีวิตของดวงดาวและองค์ประกอบต่างๆ ในการทำเช่นนั้นนักดาราศาสตร์ต้องพิจารณาว่าหลุมดำอยู่ที่ไหนในกาแลคซีของเราซึ่งต้องการให้พวกเขารู้ว่าจะต้องค้นหาอะไร
วิธีหนึ่งในการค้นหาพวกมันคือการค้นหาระบบดาวคู่ซึ่งดาวสองดวงถูกล็อกอยู่ในวงโคจรด้วยกันเนื่องจากแรงโน้มถ่วงซึ่งกันและกัน เมื่อหนึ่งในดาวเหล่านี้ผ่านการยุบตัวของแรงโน้มถ่วงใกล้ถึงจุดสิ้นสุดของชีวิตมันจะยุบตัวเพื่อก่อตัวเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ หากดาวข้างเคียงได้มาถึง Red Branch Phase (RBP) ของวิวัฒนาการแล้วมันจะขยายออกไปอย่างมาก
การขยายตัวนี้จะส่งผลให้ดาวยักษ์แดงกลายเป็นหลุมดำหรือดาวนิวตรอน สิ่งนี้จะส่งผลให้วัสดุถูกดึงออกมาจากพื้นผิวของอดีต นี่คือหลักฐานจากความร้อนและรังสีเอกซ์ที่ถูกปล่อยออกมาเมื่อวัสดุจากดาวฤกษ์ติดเข้ากับหลุมดำของมัน
จนถึงปัจจุบันหลุมดำทั้งหมดในกาแลคซีของเราที่นักดาราศาสตร์ระบุนั้นอยู่ระหว่างห้าถึงสิบห้าเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ในทางตรงกันข้ามโดยทั่วไปแล้วดาวนิวตรอนจะไม่ใหญ่กว่ามวลดวงอาทิตย์ 2.1 เท่าเนื่องจากทุกอย่างที่มีขนาดใหญ่กว่า 2.5 เท่ามวลดวงอาทิตย์ก็จะยุบตัวจนกลายเป็นหลุมดำ เมื่อ LIGO และ Virgo ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากการรวมตัวกันของหลุมดำพวกเขาก็เป็น 31 และ 25 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ตามลำดับ
สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าหลุมดำสามารถเกิดขึ้นได้นอกเหนือจากสิ่งที่นักดาราศาสตร์คิดว่าเป็นช่วงปกติ ดังที่ Thompson กล่าว
“ ทันใดนั้นทุกคนก็เหมือน“ ว้าว” เพราะมันเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้น ไม่เพียงเพราะมันพิสูจน์ว่า LIGO ทำงานได้ แต่เพราะมวลชนมีขนาดใหญ่ หลุมดำที่มีขนาดใหญ่มาก - เราไม่เคยเห็นมาก่อน”
การค้นพบนี้เป็นแรงบันดาลใจให้ ธ อมป์สันและเพื่อนร่วมงานพิจารณาความเป็นไปได้ว่าอาจมีวัตถุที่ยังไม่ถูกค้นพบซึ่งอาศัยอยู่ระหว่างดาวนิวตรอนที่ใหญ่ที่สุดกับหลุมดำที่เล็กที่สุด ในการตรวจสอบสิ่งนี้พวกเขาเริ่มรวบรวมข้อมูลจาก Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) - การสำรวจทางดาราศาสตร์ที่รวบรวมสเปกตรัมจากดาวประมาณ 100,000 ดวงทั่วกาแลคซี
ทอมป์สันและเพื่อนร่วมงานของเขาตรวจสอบสเปกตรัมนี้เพื่อหาสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงที่จะบ่งบอกว่าดาวฤกษ์อาจโคจรรอบวัตถุอื่นหรือไม่ โดยเฉพาะถ้าดาวฤกษ์แสดงสัญญาณของการเลื่อนดอปเปลอร์ - ซึ่งสเปกตรัมของมันจะสลับกันระหว่างการขยับไปทางปลายบลูเออร์และจากนั้นความยาวคลื่นสีแดงก็จะเป็นข้อบ่งชี้ว่ามันอาจจะโคจรรอบดาวข้างเคียงที่มองไม่เห็น
วิธีนี้เป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพและเป็นที่นิยมที่สุดในการพิจารณาว่าดาวมีระบบโคจรของดาวเคราะห์หรือไม่ เมื่อดาวเคราะห์โคจรรอบดาวฤกษ์พวกมันก็ใช้แรงโน้มถ่วงกับมันซึ่งทำให้มันเคลื่อนที่ไปมา ธ อมป์สันและเพื่อนร่วมงานของเขาใช้การกะแบบเดียวกันนี้เพื่อตรวจสอบว่ามีดาว APOGEE ดวงใดดวงหนึ่งโคจรรอบหลุมดำหรือไม่
มันเริ่มต้นด้วย Thompson ทำให้ข้อมูล APOGEE ลดลงเหลือ 200 คนซึ่งพิสูจน์แล้วว่าน่าสนใจที่สุด จากนั้นเขาก็ให้ข้อมูลแก่ Tharindu Jayasinghe (ผู้ร่วมงานวิจัยระดับบัณฑิตศึกษาที่รัฐโอไฮโอ) จากนั้นใช้ข้อมูลจาก All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) ซึ่งดำเนินการโดย OSU และพบ 1,000 supernovae เพื่อรวบรวมคนเป็นพัน ของภาพของผู้สมัครแต่ละคน
สิ่งนี้เผยให้เห็นดาวสีแดงขนาดยักษ์ที่ดูเหมือนจะโคจรรอบบางสิ่งที่เล็กกว่าหลุมดำที่รู้จัก แต่มีขนาดใหญ่กว่าดาวนิวตรอนที่รู้จัก หลังจากรวมผลลัพธ์กับข้อมูลเพิ่มเติมจาก Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES) และดาวเทียม Gaia พวกเขาตระหนักว่าพวกเขาพบหลุมดำประมาณ 3.3 เท่ามวลดวงอาทิตย์
ผลลัพธ์นี้ไม่เพียง แต่ยืนยันการมีอยู่ของหลุมดำมวลต่ำระดับใหม่ แต่ยังให้วิธีการใหม่ในการค้นหาหลุมดำ ตามที่ ธ อมป์สันอธิบาย:
“ สิ่งที่เราทำที่นี่เกิดขึ้นด้วยวิธีการใหม่ในการค้นหาหลุมดำ แต่เราอาจระบุหนึ่งในหลุมดำมวลต่ำระดับใหม่ที่นักดาราศาสตร์ไม่เคยรู้จักมาก่อน ฝูงของสิ่งต่าง ๆ บอกเราเกี่ยวกับการก่อตัวและวิวัฒนาการของพวกเขาและพวกเขาบอกเราเกี่ยวกับธรรมชาติของพวกเขา”
