Международная команда астрономов использовала более 500 изображений космического телескопа NASA/ESA Hubble за два десятилетия, чтобы обнаружить семь быстро движущихся звезд во внутренней области шарообразного скопления Омега Центавра, самого большого и яркого шарообразного скопления в небе. Эти звезды предоставляют новые убедительные доказательства наличия черной дыры средней массы.
Черные дыры промежуточной массы (ЧДПМ) — это давно искомое "недостающее звено" в эволюции черных дыр. На сегодняшний день найдено лишь несколько кандидатов на роль ЧДПМ. Большинство известных черных дыр либо чрезвычайно массивные, как сверхмассивные черные дыры, лежащие в ядрах крупных галактик, либо относительно легкие, с массой, меньшей массы Солнца в 100 раз. Черные дыры — одна из самых экстремальных сред, известных человеку, и поэтому они являются полигоном для проверки законов физики и нашего понимания того, как работает Вселенная. Если ЧДПМ существуют, то насколько они распространены? Вырастает ли сверхмассивная черная дыра из ЧДПМ? Как образуются сами ЧДПМ? Являются ли плотные звездные скопления их любимым домом?
Омега Центавра видима с Земли невооруженным глазом и является одним из самых любимых небесных объектов для наблюдателей в южном полушарии. Хотя скопление находится на расстоянии 17 000 световых лет от нас, чуть выше плоскости Млечного Пути, оно кажется почти таким же большим, как полная Луна, если смотреть на него из темной сельской местности. Точная классификация Омеги Центавра менялась со временем, поскольку наши возможности ее изучения улучшались. Впервые она была внесена в каталог Птолемея почти 2000 лет назад как одиночная звезда. Эдмонд Галлей описал ее как туманность в 1677 году, а в 1830-х годах английский астроном Джон Гершель первым признал ее шаровым скоплением.
Шаровые скопления обычно состоят из миллионов старых звезд, тесно связанных между собой гравитацией, и находятся как на окраинах, так и в центральных частях многих галактик, включая нашу собственную. Омега Центавра имеет несколько характеристик, которые отличают его от других шарообразных скоплений: оно вращается быстрее, чем обычное шарообразное скопление, и его форма очень сплющена. Кроме того, Омега Центавра примерно в 10 раз массивнее других крупных шаровых скоплений, то есть почти такая же массивная, как малая галактика.
Омега Центавра состоит примерно из 10 миллионов звезд, которые гравитационно связаны между собой. Международная команда создала огромный каталог движения этих звезд, измерив скорости 1,4 миллиона звезд, изучив более 500 изображений скопления, сделанных с помощью телескопа Hubble. Большинство этих наблюдений были предназначены для калибровки инструментов телескопа, а не для научного использования, но они оказались идеальной базой данных для исследовательских усилий команды. Обширный каталог, который является крупнейшим каталогом движения для любого звездного скопления на сегодняшний день, будет выложен в открытый доступ.
"Мы обнаружили семь звезд, которых там не должно быть, — пояснил Максимилиан Хеберле из Института астрономии Макса Планка в Германии, который руководил этим исследованием. "Они движутся так быстро, что должны были бы покинуть скопление и никогда не вернуться. Наиболее вероятное объяснение заключается в том, что очень массивный объект гравитационно притягивает эти звезды и удерживает их близко к центру. Единственный объект, который может быть настолько массивным, — это черная дыра, масса которой по меньшей мере в 8200 раз превышает массу нашего Солнца".
Несколько исследований предполагали наличие ЧДПМ в скоплении Омега Центавра. Однако другие исследования предполагали, что массу может создавать центральное скопление черных дыр звездной массы, и предполагали, что отсутствие быстродвижущихся звезд, скорость которых превышает необходимую скорость разбегания, делает ЧДПМ менее вероятной по сравнению с ними.
"Это открытие является наиболее прямым доказательством наличия ЧДПМ в Омеге Центавра", — добавила руководитель группы Надин Ноймаер, также из Института астрономии Макса Планка, который инициировал исследование. "Это очень интересно, потому что известно очень мало других черных дыр с похожей массой. Черная дыра в Омеге Центавра может быть лучшим примером IMBH в нашем космическом окружении".
Если это подтвердится, то на расстоянии 17 000 световых лет черная дыра-кандидат находится ближе к Земле, чем черная дыра массой 4,3 миллиона масс Солнца в центре Млечного Пути, которая удалена от нее на 26 000 световых лет. Кроме галактического центра, это также единственный известный случай, когда несколько звезд тесно связаны с массивной черной дырой.
Теперь научная команда надеется описать черную дыру. Считается, что она измеряет по меньшей мере 8200 масс Солнца, но ее точная масса и точное положение до конца не известны. Команда также намерена изучить орбиты быстро движущихся звезд, что требует дополнительных измерений соответствующих скоростей прямой видимости. Для этого команда получила время на космическом телескопе NASA/ESA/CSA James Webb, а также имеет другие предложения по использованию других обсерваторий, которые находятся на рассмотрении.
Омега Центавра также недавно стала объектом нового релиза данных миссии ESA Gaia, который содержит упоминания о более 500 000 звезд. "Даже через 30 лет космический телескоп Hubble с его инструментами для получения изображений остается одним из лучших инструментов для высокоточной астрометрии в скопленных звездных полях — регионах, где Hubble может обеспечить дополнительную чувствительность наблюдений миссии ESA Gaia", — поделился член команды Маттиа Либралато из Национального института астрофизики в Италии (INAF), а ранее — из AURA для Европейского космического агентства во время проведения этого исследования. "Наши результаты демонстрируют высокое разрешение и чувствительность Hubble, которые дают нам новые захватывающие научные знания и дадут новый толчок к изучению темы ЧДПМ в шаровых скоплениях".
