Clusterul stelar din apropiere conține o gaură neagră neobișnuit de mare

Găurile negre supermasive par să existe în centrul fiecărei galaxii și au fost așa de când galaxiile s-au format la începutul istoriei universului. Dar în prezent nu putem explica pe deplin existența lor, pentru că este greu de înțeles cum ar putea crește suficient de repede pentru a-și atinge masa maximă masivă cu aceeași viteză.

Un posibil indiciu a fost găsit 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. Aceasta înseamnă că ceva masiv îl ține acolo, despre care cercetătorii susțin că este o gaură neagră rară de masă intermediară, cântărind de peste 8.000 de ori masa Soarelui.

Se mișcă repede

Stelele care se mișcă rapid se găsesc în… Omega CentauriCel mai mare grup de stele sferice din galaxia Calea Lactee. Cu aproximativ 10 milioane de stele, este un mediu aglomerat, dar observațiile sunt susținute de relativa proximitate, fiind „la doar” 17.000 de ani lumină distanță. Aceste observații au sugerat că ar putea exista o gaură neagră centrală în clusterul de stele globulare, dar dovezile au fost neconcludente.

Noua lucrare, a unei mari echipe internaționale, a folosit peste 500 de imagini ale Omega Centauri, realizate de Telescopul Spațial Hubble pe o perioadă de 20 de ani. Acest lucru le-a permis să urmărească mișcarea stelelor în interiorul clusterului, permițând estimarea vitezei lor în raport cu centrul de masă al clusterului. Deși acest lucru a fost făcut anterior, datele mai recente au permis o actualizare care a redus incertitudinea în viteza stelelor.

În datele de actualizare, un număr de stele din apropierea centrului clusterului s-au remarcat prin vitezele lor maxime: șapte dintre ele se mișcau suficient de repede încât atracția gravitațională a clusterului nu a fost suficientă pentru a le menține acolo. Se presupunea că cele șapte stele ar trebui să dispară din cluster în decurs de 1.000 de ani, deși incertitudinea a rămas ridicată pentru două dintre ele. Pe baza mărimii clusterului, nu ar trebui să existe nici măcar o singură stea în prim-plan între Hubble și Omega Cluster, așa că se pare că aceste stele sunt deja în interiorul clusterului, în ciuda vitezei lor.

Cea mai simplă explicație pentru aceasta este că există o masă suplimentară care îl menține pe loc. Acestea pot fi mai multe obiecte masive, dar proximitatea dintre toate aceste stele și centrul clusterului face posibilă existența unui singur obiect compact. Aceasta înseamnă prezența unei găuri negre.

Pe baza vitezelor, cercetătorii estimează că masa obiectului este de cel puțin 8.200 de ori mai mare decât cea a Soarelui. Două stele par să accelereze; Dacă acest lucru se dovedește pe baza unor observații ulterioare, ar indica faptul că gaura neagră are o masă de peste 20.000 de mase solare. Acest lucru îl plasează ferm în regiunea găurii negre, deși este mai mic decât găurile negre supermasive, care sunt privite ca cele cu o masă de un milion de mase solare sau mai mult. Este mult mai mare decât v-ați aștepta de la găurile negre formate prin moartea unei stele, care nu sunt de așteptat 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 câteva observații posibile, dintre care niciuna nu este universal acceptată. Deci, această descoperire este importantă doar dintr-un singur motiv: poate fi cea mai puțin controversată descoperire a unei găuri negre de masă intermediară până în prezent.

Ce ne spune asta?

Deocamdată, există încă incertitudini majore cu privire la unele detalii de aici – dar există posibilități ca situația să se îmbunătățească. Observațiile făcute cu telescopul spațial Webb pot capta emisii slabe de la gazul care cade în gaura neagră. El poate urmări cele șapte stele identificate aici. Spectrometrul său poate detecta și schimbările roșii și albastre ale luminii cauzate de mișcarea stelei. Locația sa la o distanță semnificativă de Hubble ar putea oferi, de asemenea, o imagine 3D mai detaliată a structurii centrale a Omega Centauri.

Știind acest lucru, ne poate spune mai multe despre cum găurile negre cresc la dimensiuni masive. Găurile negre de masă intermediară au fost, de asemenea, observate anterior în clusterele globulare, ceea ce poate indica faptul că acestea sunt o caracteristică generală a clusterelor masive de stele.

Dar Omega Centauri este diferit de multe alte clustere globulare, care conțin adesea un număr mare de stele care s-au format toate în același timp, sugerând că clusterele s-au format dintr-un singur nor gigant de material. Omega Centauri conține stele de diferite vârste, motiv pentru care oamenii cred că sunt rămășițele unei galaxii pitice care a fost absorbită de Calea Lactee.

Dacă da, gaura neagră centrală este similară cu găurile negre supermasive găsite în galaxiile pitice reale – ceea ce ridică întrebarea de ce are doar o masă medie. A interferat ceva cu interacțiunile sale cu Calea Lactee pe măsură ce gaura neagră creștea?

În cele din urmă, nimic din toate acestea nu aruncă lumină asupra modului în care orice gaură neagră poate deveni mult mai masivă decât orice stea din care s-ar putea forma. Obținerea unei mai bune înțelegeri a istoriei acestei găuri negre poate oferi o perspectivă mai bună asupra unora dintre întrebările care îi încurcă în prezent pe astronomi.

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