Apparentemente, quel "mostro buco nero" che i ricercatori hanno scoperto non è poi così mostruoso. Ma trovare errori e lavorare per correggerli nel modo in cui la scienza avanza.
In un recente studio (uno studio peer-review pubblicato il 27 novembre), un team di scienziati ha riportato la scoperta del sistema binario LB-1, che contiene una stella e, secondo i risultati, una compagna di buco nero 70 volte la massa del nostro sole. Questa era una grande novità, i buchi neri di massa stellare (i buchi neri formati dal collasso gravitazionale di una stella) sono in genere meno della metà di quelli massicci. Ma mentre lo studio, condotto da Jifeng Liu, dell'Osservatorio astronomico nazionale cinese (NAOC) dell'Accademia cinese delle scienze, è stato emozionante, è stato anche sbagliato.
Questa settimana sono usciti tre nuovi articoli che hanno riesaminato i risultati dello studio di Liu e questi studi affermano che il buco nero di LB-1 non è poi così massiccio.
Strani buchi neri
I buchi neri di massa stellare sono in genere identificati dalle emissioni di raggi X luminose che provengono dal gas che gli oggetti accumulano o attirano dalle loro stelle compagne. Ma il buco nero notato in LB-1 è "non interagente"; in altre parole, non accumula gas dalla sua stella, quindi non può essere trovato attraverso emissioni luminose. Gli scienziati pensano che ci siano molti esempi di questo tipo di buco nero nell'universo, ma poiché questi oggetti sono difficili da individuare, ci sono alcune osservazioni per mostrare quanti potrebbero essere là fuori.
Quindi, per determinare che il sistema aveva un buco nero, la squadra di Liu ha dovuto trovare e studiare l'oggetto indirettamente, osservando il movimento nello spostamento Doppler della stella del sistema e una linea di emissione rosso intenso.
Sotto il fenomeno Doppler, gli oggetti che si muovono verso la Terra appaiono blu, perché le lunghezze d'onda della luce si accorciano e rosse quando si allontanano da noi, perché le lunghezze d'onda si allungano. La linea di emissione, nota come linea di emissione H-alfa, è una linea spettrale o una linea scura in uno spettro. Le linee spettrali vengono spesso utilizzate per identificare atomi o molecole e questa linea specifica viene creata dagli elettroni dell'idrogeno. La squadra di Liu ha completato il suo lavoro presumendo che questa linea provenisse dal disco di accrescimento attorno al buco nero.
Misurando i cambiamenti nel turno Doppler, i ricercatori hanno potuto determinare la velocità degli oggetti e, quindi, la loro massa. "Se la stella e il compagno accelerassero la stessa quantità, ciò significherebbe che hanno la stessa massa, e se uno accelera molto meno, sarebbe molto più pesante", Università della California, Berkeley, studente di dottorato in astronomia Kareem El-Badry , ha scritto un coautore di uno dei tre articoli che analizzano questi risultati. Quindi, nel misurare il movimento oscillatorio dell'emissione proveniente da (quello che la squadra di Liu supponeva fosse) il buco nero, la squadra di Liu ha determinato che la velocità del buco nero deve significare che era estremamente massiccia per un buco nero di massa stellare.
Ora, se l'emissione, in effetti, provenisse da un buco nero e si muovesse come hanno riferito, ciò significherebbe davvero che c'era un oggetto estremamente massiccio nel sistema, ha spiegato El-Badry.
Il problema principale con questa conclusione? Si scopre che questa linea di emissione, il cui movimento è servito come prova principale per l'oggetto ultramassivo proposto, non si muoveva. In effetti, non si è affatto mosso, i nuovi documenti che affrontano le conclusioni del team di Liu hanno trovato.
Un'affermazione audace
Potresti aver sentito parlare nelle ultime due settimane di un "impossibile" 70 buco nero di massa solare. Nella dose odierna di acqua fredda, sosteniamo che i dati sono stati male interpretati e non vi è alcuna prova di un BH insolitamente massiccio. 1 / https://t.co/hWLhvaFK1F pic.twitter.com/FoEPifPegcDecember 10, 2019
L'affermazione di una scoperta stranamente massiccia del buco nero ha inizialmente colpito El-Badry come strano, perché questo tipo di buco nero non è mai stato osservato con una tale massa. "Il mio primo pensiero quando è uscito il giornale è che è un'affermazione così audace che le prove sono davvero buone", ha detto El-Badry a Space.com. "Dovresti sempre tenere una mente aperta, ma in questo caso, l'affermazione è stata decisamente straordinaria e le prove erano un po 'più traballanti".
Il problema principale riscontrato da El-Badry era che la linea di emissione sembrava muoversi soltanto; in realtà non si muoveva.
El-Badry ed Eliot Quataert, professore di astronomia e fisica presso l'UC Berkeley, pubblicato la loro analisi lunedì (9 dicembre) al server di prestampa arXiv. Il loro documento è stato anche presentato per la pubblicazione sulla rivista Monthly Monthly of the Royal Astronomical Society.
Una linea di assorbimento mancante
Quindi, come può una linea di emissione "sembrare muoversi"? Bene, è successo che si siano allineati sopra una linea di assorbimento, che ha creato l'illusione.
Per capire l'illusione, devi prima sapere cos'è una linea di assorbimento. Gli strati atmosferici esterni che circondano le stelle fungono da materiale assorbente per assorbire la luce proveniente dalla stella. Quindi, quando i ricercatori studiano lo spettro della luce proveniente dalle stelle, possono vedere le linee di assorbimento, che sono create dagli atomi nell'atmosfera in transizione tra gli stati atomici.
Con la stella in LB-1, c'era una linea di assorbimento "nascosta" dalla linea di emissione, ha detto El-Badry. Una situazione del genere può creare l'illusione che la linea di emissione si muova, producendo l'apparizione di Doppler shift, che El-Badry e gli scienziati dietro gli altri documenti hanno spiegato e mostrato negli studi. Sottraendo semplicemente la linea di assorbimento dalle misurazioni della linea di emissione, El-Badry e Quataert, che hanno usato gli stessi dati per il loro studio del team di Liu, hanno scoperto che la linea di emissione non si muoveva affatto.
Senza il movimento di questa emissione, Todd Thompson, un professore del Dipartimento di Astronomia della Ohio State University, che non era coinvolto in nessuno di questi documenti, ha spiegato a Space.com, ci sono due possibili interpretazioni. O il secondo oggetto nel sistema è molto più massiccio di quanto non sia mai stato osservato (molto più di 70 masse solari) o, molto più probabilmente, potrebbe esserci solo un buco nero di dimensioni medie in LB-1 e la linea di emissione proviene da da qualche altra parte, ha detto Thompson.
"C'è qualcosa lì. È solo che probabilmente è solo un normale buco nero di massa stellare", ha detto a Space Jackie Faherty, uno scienziato senior dell'American Museum of Natural History di New York e co-conduttore di "StarTalk Radio" .com. Faherty non è stato coinvolto in nessuno di questi documenti.
Tuttavia, poiché la linea di emissione probabilmente non proviene dal buco nero, i ricercatori non possono ottenere una stima super precisa della massa del buco nero. Ma l'analisi del team di El-Badry suggerisce che il buco nero è molto probabilmente tra 5 e 20 masse solari, che, come hanno descritto nel loro documento, "sembra molto plausibile".
Scoperta ... rotta?
Sono stati pubblicati altri due documenti che riesaminano anche le affermazioni fatte dal team di Liu. Uno, uno studio condotto dall'astronomo teorico neozelandese J.J. Eldridge, che è stato pubblicato su arXiv, ha adottato un approccio teorico all'analisi del sistema. I ricercatori in quello studio hanno simulato una vasta libreria di diversi tipi di sistemi binari per vedere se gli scienziati potevano trovare un binario che corrispondesse alle osservazioni riportate per LB-1. Ne trovarono diversi che potevano, ma nessuno con buchi neri di 70 masse solari.
L'altro studio, pubblicato anche su arXiv e guidato da Michael Abdul-Masih dell'Istituto di astronomia dell'Università KU di Lovanio in Belgio, ha adottato un approccio simile a quello di El-Badry. Tuttavia, invece di utilizzare gli stessi dati del team di Liu, questi ricercatori hanno raccolto il proprio spettro del sistema binario usando un telescopio diverso. Hanno anche fatto simulazioni in cui hanno messo una linea di assorbimento sotto una linea di emissione per vedere se l'emissione sembrava muoversi come quella in LB-1. In queste simulazioni, il team di Abdul-Masih ha scoperto che la linea sembrava muoversi avanti e indietro, fornendo ulteriori prove del fatto che la linea di emissione nel sistema sembra solo muoversi.
Rimborso per LB-1
"Sembrava un po 'troppo eccitante per essere vero", ha detto Faherty. Ma, ha aggiunto, "questo è anche il modo in cui la scienza progredisce".
Faherty ha sottolineato che "Va bene che questo genere di cose accada ... È solo una correzione a un risultato precedente ... Va bene avere questo tipo di situazione", ha aggiunto. "La scienza avanza e va avanti."
Questi studi di follow-up hanno fornito prove del fatto che l'oggetto secondario in LB-1 non è in realtà un buco nero ultrarare e ultramassivo. Tuttavia, è ancora un oggetto eccezionalmente interessante e vale la pena studiare ulteriormente, ha detto El-Badry.
Poiché c'è stata così tanta attenzione sullo studio originale, anche con queste analisi di follow-up, ha aumentato l'interesse per lo studio del sistema LB-1 e di sistemi simili.
Identificando e studiando i buchi neri non interagenti come quello associato a LB-1, gli scienziati possono imparare di più su questi oggetti sfuggenti. Si dice che siano comuni nello spazio, sono difficili da individuare, perché non producono emissioni di raggi X luminose.
"È un momento molto interessante per cercare questi buchi neri che non interagiscono e hanno sicuramente trovato un sistema molto interessante", ha detto Thompson. C'è una "popolazione che deve essere là fuori di buchi neri in binari stellari dove non c'è interazione attiva tra i due componenti", ha aggiunto.
Inoltre, potrebbe essere interessante se gli scienziati continuassero a studiare da dove provenga esattamente questa linea di emissione di H-alfa. I documenti che riesaminano LB-1 suggeriscono che "è possibile che il materiale circumbinary possa spiegarlo, ma è un leggero mistero ... Va bene avere un mistero coinvolto in un risultato", ha detto Faherty.
Space.com ha contattato il team di Liu per un commento e Liu ha dichiarato che "Stiamo scrivendo un documento per rispondere a tutte queste preoccupazioni". Ha aggiunto che il suo team si aspetta che quel giornale uscirà la prossima settimana.
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