Міжнародна команда астрономів використала понад 500 зображень космічного телескопа NASA/ESA Hubble за два десятиліття, щоб виявити сім швидко рухомих зірок у внутрішній області кулястого скупчення Омега Центавра, найбільшого і найяскравішого кулястого скупчення в небі. Ці зірки надають нові переконливі докази наявності чорної діри середньої маси.
Чорні діри проміжної маси (ЧДПМ) — це давно шукана "відсутня ланка" в еволюції чорних дір. На сьогоднішній день знайдено лише кілька кандидатів на роль ЧДПМ. Більшість відомих чорних дір або надзвичайно масивні, як надмасивні чорні діри, що лежать в ядрах великих галактик, або відносно легкі, з масою, меншою за масу Сонця у 100 разів. Чорні діри — одне з найбільш екстремальних середовищ, відомих людині, і тому вони є полігоном для перевірки законів фізики і нашого розуміння того, як працює Всесвіт. Якщо ЧДПМ існують, то наскільки вони поширені? Чи виростає надмасивна чорна діра з ЧДПМ? Як утворюються самі ЧДПМ? Чи є щільні зоряні скупчення їхнім улюбленим домом?
Омега Центавра видима з Землі неозброєним оком і є одним з найулюбленіших небесних об'єктів для спостерігачів у південній півкулі. Хоча скупчення знаходиться на відстані 17 000 світлових років від нас, трохи вище площини Чумацького Шляху, воно здається майже таким же великим, як повний Місяць, якщо дивитися на нього з темної сільської місцевості. Точна класифікація Омеги Центавра змінювалася з часом, оскільки наші можливості її вивчення покращувалися. Вперше вона була внесена до каталогу Птолемея майже 2000 років тому як одиночна зоря. Едмонд Галлей описав її як туманність у 1677 році, а в 1830-х роках англійський астроном Джон Гершель першим визнав її кульовим скупченням.
Кулясті скупчення зазвичай складаються з мільйонів старих зірок, тісно пов'язаних між собою гравітацією, і знаходяться як на околицях, так і в центральних частинах багатьох галактик, включно з нашою власною. Омега Центавра має кілька характеристик, які відрізняють його від інших кулястих скупчень: воно обертається швидше, ніж звичайне кулясте скупчення, і його форма дуже сплющена. Крім того, Омега Центавра приблизно в 10 разів масивніша за інші великі кульові скупчення, тобто майже така ж масивна, як мала галактика.
Омега Центавра складається приблизно з 10 мільйонів зірок, які гравітаційно пов'язані між собою. Міжнародна команда створила величезний каталог руху цих зірок, вимірявши швидкості 1,4 мільйона зірок, вивчивши понад 500 зображень скупчення, зроблених за допомогою телескопу Hubble. Більшість цих спостережень були призначені для калібрування інструментів телескопу, а не для наукового використання, але вони виявилися ідеальною базою даних для дослідницьких зусиль команди. Обширний каталог, який є найбільшим каталогом руху для будь-якого зоряного скупчення на сьогоднішній день, буде викладений у відкритий доступ.
"Ми виявили сім зірок, яких там не повинно бути, — пояснив Максиміліан Хеберле з Інституту астрономії Макса Планка в Німеччині, який керував цим дослідженням. "Вони рухаються так швидко, що повинні були б покинути скупчення і ніколи не повернутися. Найбільш вірогідне пояснення полягає в тому, що дуже масивний об'єкт гравітаційно притягує ці зірки і утримує їх близько до центру. Єдиний об'єкт, який може бути настільки масивним, — це чорна діра, маса якої щонайменше у 8200 разів перевищує масу нашого Сонця".
Кілька досліджень припускали наявність ЧДПМ у скупченні Омега Центавра. Однак інші дослідження припускали, що масу може створювати центральне скупчення чорних дір зоряної маси, і припускали, що відсутність швидкорухомих зірок, швидкість яких перевищує необхідну швидкість розбігання, робить ЧДПМ менш вірогідною в порівнянні з ними.
"Це відкриття є найбільш прямим доказом наявності ЧДПМ в Омезі Центавра", — додала керівник групи Надін Ноймаєр, також з Інституту астрономії Макса Планка, який ініціював дослідження. "Це дуже цікаво, тому що відомо дуже мало інших чорних дір зі схожою масою. Чорна діра в Омезі Центавра може бути найкращим прикладом IMBH в нашому космічному оточенні".
Якщо це підтвердиться, то на відстані 17 000 світлових років чорна діра-кандидат знаходиться ближче до Землі, ніж чорна діра масою 4,3 мільйона мас Сонця в центрі Чумацького Шляху, яка віддалена від неї на 26 000 світлових років. Окрім галактичного центру, це також єдиний відомий випадок, коли кілька зірок тісно пов'язані з масивною чорною дірою.
Тепер наукова команда сподівається описати чорну діру. Вважається, що вона вимірює щонайменше 8200 мас Сонця, але її точна маса і точне положення до кінця не відомі. Команда також має намір вивчити орбіти зірок, які швидко рухаються, що вимагає додаткових вимірювань відповідних швидкостей прямої видимості. Для цього команда отримала час на космічному телескопі NASA/ESA/CSA James Webb, а також має інші пропозиції щодо використання інших обсерваторій, які перебувають на розгляді.
Омега Центавра також нещодавно стала об'єктом нового релізу даних місії ESA Gaia, який містить згадування про понад 500 000 зірок. "Навіть через 30 років космічний телескоп Hubble з його інструментами для отримання зображень залишається одним з найкращих інструментів для високоточної астрометрії у скупчених зоряних полях — регіонах, де Hubble може забезпечити додаткову чутливість спостережень місії ESA Gaia", — поділився член команди Маттіа Лібралато з Національного інституту астрофізики в Італії (INAF), а раніше — з AURA для Європейського космічного агентства під час проведення цього дослідження. "Наші результати демонструють високу роздільну здатність і чутливість Hubble, які дають нам нові захоплюючі наукові знання і дадуть новий поштовх до вивчення теми ЧДПМ у кульових скупченнях".
