Хаббл нашел доказательства существования редкой черной дыры в Омеге Центавра

Международная группа астрономов использовала более 500 изображений космического телескопа Хаббл НАСА/ЕКА за два десятилетия, чтобы обнаружить семь быстро движущихся звезд во внутренней области Омеги Центавра, самого большого и яркого шарового скопления на небе. Эти звезды предоставляют убедительные новые доказательства существования черной дыры промежуточной массы.

Черные дыры промежуточной массы (ЧДД) являются долгожданным «недостающим звеном» в эволюции черных дыр. На данный момент найдено лишь несколько других кандидатов на IMBH. Большинство известных черных дыр либо чрезвычайно массивны, как сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в ядрах крупных галактик, либо относительно легкие, с массой менее чем в 100 раз превышающей массу Солнца.

Черные дыры являются одной из самых экстремальных сред, известных человечеству, что делает их испытательным полигоном для законов физики и нашего понимания того, как работает Вселенная. Если IMBH существуют, насколько они распространены? Создает ли IMBH сверхмассивную черную дыру? Как формируются IMBH? Являются ли плотные звездные скопления их любимым домом?

Омега Центавра видна невооруженным глазом с Земли и является одним из самых популярных небесных объектов для наблюдателей в Южном полушарии. Хотя звездное скопление находится на расстоянии 17 000 световых лет от нас и находится чуть выше плоскости Млечного Пути, при взгляде из темной сельской местности оно кажется почти таким же большим, как полная Луна.

Точная классификация Омеги Центавра со временем развивалась по мере того, как улучшались наши возможности ее изучения. Впервые она была указана как одиночная звезда в каталоге Птолемея почти 2000 лет назад. Эдмонд Галлей описал ее как туманность в 1677 году, а в 1830-х годах английский астроном Джон Гершель был первым, кто признал ее шаровым скоплением.

Шаровые скопления обычно состоят из миллиона старых звезд, тесно связанных между собой гравитацией. Они встречаются как в периферийных, так и в центральных областях многих галактик, в том числе и нашей. Омега Центавра имеет несколько особенностей, отличающих ее от других шаровых скоплений: она вращается быстрее обычного шарового скопления и ее форма сильно уплощена. Кроме того, Омега Центавра примерно в десять раз массивнее других крупных шаровых скоплений и почти так же массивна, как небольшая галактика.

Омега Центавра состоит из около 10 миллионов звезд, связанных гравитацией. Международная группа сейчас создала полный каталог движений этих звезд и измерила скорости 1,4 миллиона звезд, используя более 500 изображений скопления Хаббла.

Большинство этих наблюдений предназначались для калибровки инструментов Хаббла, а не для научных целей, но они оказались идеальной базой данных для исследовательских усилий команды. Обширный каталог, крупнейший на сегодняшний день каталог движений звездного скопления, будет открыт для публичного доступа. Вскоре она появится в Astrophysical Journal, а в настоящее время статья доступна на сервере препринтов arXiv.

«Мы обнаружили семь звезд, которых на самом деле там быть не должно», — объясняет Максимилиан Хеберле из Института астрономии Макса Планка в Германии, который руководил исследованием. «Они движутся так быстро, что им следует покинуть скопление и никогда не возвращаться».

«Наиболее вероятное объяснение состоит в том, что очень массивный объект притягивает эти звезды своей гравитацией и удерживает их близко к центру. Единственный объект, который может быть настолько массивным, — это черная дыра с массой, по меньшей мере, в 8200 раз превышающей массу нашего Солнца».

Несколько исследований предположили существование IMBH в Омеге Центавра. Однако другие исследования предположили, что эта масса могла исходить из центрального скопления черных дыр звездной массы, и предположили, что отсутствие быстро движущихся звезд со скоростью, превышающей требуемую скорость убегания, сделало IMBH сравнительно менее вероятным.

«Это открытие на сегодняшний день является наиболее прямым доказательством существования IMBH в Омеге Центавра», — добавила руководитель группы Надин Ноймайер, также из Института астрономии Макса Планка, которая инициировала исследование. «Это так интересно, потому что известно очень мало других черных дыр с подобной массой. Черная дыра в Омеге Центавра, пожалуй, лучший пример ЧДМ в нашем космическом окружении».

Если это подтвердится, черная дыра-кандидат, находящаяся на расстоянии 17 000 световых лет от Земли, будет ближе к Земле, чем черная дыра с массой 4,3 миллиона солнечных лет в центре Млечного Пути, находящаяся на расстоянии 26 000 световых лет от Земли. Помимо галактического центра, это также будет единственный известный случай, когда несколько звезд тесно связаны с массивной черной дырой.

Теперь команда ученых надеется охарактеризовать черную дыру. Говорят, что его масса составляет не менее 8200 солнечных масс, но его точная масса и местоположение еще полностью не известны. Команда также намерена изучить орбиты быстро движущихся звезд, что потребует дополнительных измерений их лучевых скоростей.

Для этого команде было предоставлено время с космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА/ЕКА/ККА, и есть другие предложения по использованию других обсерваторий.

Омега Центавра также недавно стала предметом нового выпуска данных миссии ESA Gaia, которые содержали более 500 000 звезд.

«Даже спустя 30 лет космический телескоп «Хаббл» и его инструменты визуализации по-прежнему остаются одним из лучших инструментов для высокоточной астрометрии в плотных звездных полях, то есть в регионах, где «Хаббл» может обеспечить дополнительную чувствительность благодаря наблюдениям миссии ЕКА «Гайя», — объясняет Член команды Маттиа Либралато из Национального института астрофизики Италии (INAF), который на момент исследования работал в AURA в Европейском космическом агентстве.

«Наши результаты демонстрируют высокое разрешение и чувствительность Хаббла, что предоставит нам новые захватывающие научные открытия и даст новый импульс теме ЧД в шаровых скоплениях».

Информация от: Европейским космическим агентством