Un grup de stele din apropiere adăpostește o gaură neagră neobișnuit de mare

Mare, dar nu atât de mare –

Stelele care se mișcă rapid sugerează că acolo există o gaură neagră de masă intermediară.

Găurile negre supermasive par să locuiască în centrul fiecărei galaxii și să fi făcut acest lucru de când s-au format galaxiile. timpuriu în istoria Universului. În prezent, totuși, nu putem explica în întregime existența lor, deoarece este dificil de înțeles cum ar putea crește suficient de repede pentru a ajunge la limita supermasivă la fel de repede ca ei.

O posibilă dovadă a fost găsită recent folosind date de aproximativ 20 de ani de la Telescopul Spațial Hubble. Datele provin de la un grup globular de stele despre care se crede că sunt rămășițele unei galaxii pitice și arată că un grup de stele din apropierea miezului clusterului se mișcă atât de repede încât ar fi trebuit să fie ejectate în întregime din acesta. Asta înseamnă că ceva masiv îi ține acolo, despre care cercetătorii susțin că este o gaură neagră rară de masă intermediară, cu o greutate de peste 8.000 de ori mai mare decât masa Soarelui.

Se mișcă repede

Stelele care se mișcă rapid locuiesc în Omega Centauri, cel mai mare cluster globular din Calea Lactee. Cu aproximativ 10 milioane de stele, este un mediu aglomerat, dar observațiile sunt ajutate de proximitatea sa relativă, la „doar” 17.000 de ani lumină distanță. Aceste observații au sugerat că ar putea exista o gaură neagră centrală în clusterul globular, dar dovezile nu au fost decisive.

Noua lucrare, realizată de o mare echipă internațională, a folosit peste 500 de imagini ale Omega Centauri, realizate de Telescopul Spațial Hubble pe parcursul a 20 de ani. Acest lucru le-a permis să urmărească mișcarea stelelor în cadrul clusterului, permițând o estimare a vitezei lor în raport cu centrul de masă al clusterului. Deși acest lucru a fost făcut anterior, cele mai recente date au permis o actualizare care a redus incertitudinea în viteza stelelor.

În cadrul datelor actualizate, o serie de stele din apropierea centrului clusterului s-au remarcat prin vitezele lor extreme: șapte dintre ele se mișcau suficient de repede încât atracția gravitațională a clusterului nu este suficientă pentru a le menține acolo. Toate cele șapte ar fi trebuit să se piardă din cluster în decurs de 1.000 de ani, deși incertitudinile au rămas mari pentru doi dintre ei. Pe baza mărimii clusterului, nu ar trebui să existe nici măcar o singură stea în prim-plan între Hubble și Omega Cluster, așa că acestea par să fie într-adevăr în cluster, în ciuda vitezei lor.

Cea mai simplă explicație pentru asta este că există o masă suplimentară care le ține pe loc. Acestea ar putea fi mai multe obiecte masive, dar apropierea tuturor acestor stele de centrul clusterului favorizează un singur obiect compact. Ceea ce înseamnă o gaură neagră.

Pe baza vitezelor, cercetătorii estimează că obiectul are o masă de cel puțin 8.200 de ori mai mare decât cea a Soarelui. Câteva stele par să accelereze; dacă asta se menține pe baza observațiilor ulterioare, ar indica faptul că gaura neagră are peste 20.000 de mase solare. Asta o plasează ferm în teritoriul găurii negre, deși mai mici decât găurile negre supermasive, care sunt văzute ca cele cu aproximativ un milion de mase solare sau mai mult. Și este considerabil mai mare decât te-ai aștepta de la găurile negre formate prin moartea unei stele, care nu se așteaptă să fie cu mult mai mare de 100 de ori masa Soarelui.

Acest lucru îl plasează în categoria găurilor negre de masă intermediară, dintre care există doar a o mână de posibile vederi, niciunul dintre ei nu a fost universal acceptat. Deci, aceasta este o descoperire semnificativă, dacă nu din alt motiv decât poate fi cea mai puțin controversată reperare a unei găuri negre de masă intermediară de până acum.

Ce ne spune asta?

Deocamdată, există încă incertitudini considerabile în unele detalii de aici, dar există perspective de îmbunătățire a situației. Observațiile cu telescopul spațial Webb ar putea capta emisiile slabe din gazul care cade în gaura neagră. Și poate urmări cele șapte stele identificate aici. Spectrografele sale ar putea, de asemenea, să capteze schimbările în roșu și albastru ale luminii cauzate de mișcarea stelei. Locația sa la o distanță considerabilă de Hubble ar putea oferi, de asemenea, o imagine tridimensională mai detaliată a structurii centrale a Omega Centauri.

Înțelegerea acestui lucru ne-ar putea spune mai multe despre modul în care găurile negre cresc la scari supermasive. Potențialele observații anterioare ale găurilor negre de masă intermediară au apărut și în grupuri globulare, ceea ce poate sugera că acestea sunt o caracteristică generală a adunărilor mari de stele.

Dar Omega Centauri diferă de multe alte clustere globulare, care conțin adesea populații mari de stele care s-au format aproximativ în același timp, sugerând că clusterele s-au format dintr-un singur nor gigant de materiale. Omega Centauri are stele cu o gamă largă de vârste, acesta fiind unul dintre motivele pentru care oamenii cred că sunt rămășițele unei galaxii pitice care a fost absorbită de Calea Lactee.

Dacă acesta este cazul, atunci gaura sa neagră centrală este un analog al găurilor negre supermasive găsite în galaxiile pitice reale – ceea ce ridică întrebarea de ce este doar de masă intermediară. A interferat ceva cu interacțiunile sale cu Calea Lactee cu creșterea găurii negre?

Și, în cele din urmă, nimic din toate acestea nu aruncă lumină asupra modului în care orice gaură neagră devine mult mai masivă decât orice stea din care s-ar fi putut forma. O înțelegere mai bună a istoriei acestei găuri negre ar putea oferi mai multă perspectivă asupra unor întrebări care îi deranjează în prezent pe astronomi.

Natura, 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-07511-z (Despre DOI).