Astronomowie oczekiwali odkrycia czarnej dziury o masie pośredniej w centrum gromady kulistej NGC 6397. Zamiast tego znaleźli dowody na istnienie skupiska mniejszych czarnych dziur o masach gwiazdowych. Pozwoliło to po raz pierwszy zmierzyć rozciągłość tej grupy czarnych dziur w zapadniętym jądrze gromady kulistej.
Gromady kuliste są niezmiernie gęstymi gromadami gwiazdowymi, w których gwiazdy są bardzo blisko siebie. Na ogół są też bardzo stare. W szczególności gromada kulista NGC 6397 liczy prawie tyle lat co Wszechświat. Jest to jedna z najbliższych nam gromad kulistych, która znajduje się w odległości 7800 lat świetlnych. Ze względu na bardzo gęste jądro, określa się ją jako gromadę kulistą z zapadniętym jądrem (ang. core-collapsed globular cluster).
Astronomowie Eduardo Vitral i Gary A. Mamon (Institut d’Astrophysique de Paris, Francja) rozpoczęli badania NGC 6397, by znaleźć dowody na istnienie czarnej dziury o pośredniej masie 100–100 000 Mʘ. Są to czarne dziury, które są mniej masywne od supermasywnych czarnych dziur 106 - 1010 Mʘ znajdujących się w jądrach większych galaktyk, ale bardziej masywne od gwiazdowych czarnych dziur. Ten ostatni rodzaj czarnych dziur powstaje w wyniku kolapsu jądra gwiazdy masywnej. Czarne dziury o pośredniej masie są brakującym ogniwem w ewolucji czarnych dziur. Ich istnienie jest przedmiotem gorącej debaty w środowisku naukowym. Do tej pory odkryto kilka kandydatów – między innymi 3XMM J215022.4-055108.
Astronomowie analizowali położenie i prędkości gwiazd w NGC 6397. Wykorzystali dotychczasowe wyznaczenia ruchów własnych gwiazd ze zdjęć uzyskanych teleskopem Hubble'a w odstępie kilku lat oraz obserwacje satelity Gaia – pozycje, odległości i ruchy gwiazd. Astronomowie wyznaczyli prędkości gwiazd na podstawie zaobserwowanych ruchów własnych oraz znanej odległości do NGC 6397.
Nasza analiza wskazuje na to, że są to raczej przypadkowe orbity gwiazd w gromadzie kulistej, niż systematycznie kołowe lub eliptyczne – wyjaśnił Mamon.
Odkryliśmy bardzo silne dowody na rzecz istnienia ukrytej masy w gęstych, centralnych obszarach gromady. Ale zaskoczyło nas, że ta dodatkowa masa nie jest zbliżona do punktowej, a rozciąga się na obszar do kilku procent wielkości tej gromady – dodał Vitral.
Ten niewidzialny komponent może składać się tylko z pozostałości po gwiazdach masywnych (białe karły, gwiazdy neutronowe, czarne dziury), które w wewnętrznych obszarach gromady kulistej uległy kolapsowi pod wpływem własnej grawitacji, gdy wyczerpało się paliwo jądrowe. Gwiazdy stopniowo opadały w stronę centrum gromady kulistej w wyniki oddziaływań grawitacyjnych z pobliskimi, mniej masywnymi gwiazdami – spowodowały tym koncentrację niewidzialnej masy w małym obszarze jądra gromady.
W oparciu o teorię ewolucji gwiazd, naukowcy doszli do wniosku, że to nie białe karły ani gwiazdy neutronowe, a raczej czarne dziury o masach gwiazdowych mają przeważający udział w tym skupisku nieobserwowanej masy szacowanej na 1000–2000 Mʘ (0.8 - 2% całkowitej masy NGC 6397). Oszacowano, że połowa masy tych niewidocznych obiektów koncentruje się na obszarze 6 sekund łuku (2% efektywnego promienia tej gromady).
W naszej publikacji po raz pierwszy znaleźliśmy zarówno masę jak i rozciągłość tego, co wydaje się być głównie zbiorem czarnych dziur w zapadniętym jądrze gromady kulistej – powiedział Vitral.
Nasze badania nie byłyby możliwe zarówno bez obserwacji teleskopem Hubble'a, dzięki którym zbadano wewnętrzny obszar gromady, jak i obserwacji satelitą Gaia, które pozwoliły określić kształt orbit gwiazd w obszarach zewnętrznych i pośrednio prędkości najjaśniejszych gwiazd oraz gwiazd tła w obszarach wewnętrznych gromady – dodał Mamon.
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Więcej informacji:
Publikacja naukowa: Does NGC 6397 contain an intermediate-mass black hole or a more diffuse inner subcluster?
Hubble Uncovers Concentration of Small Black Holes
Źródło: ESA/NASA
Na ilustracji: jedna z najbliższych gromad kulistych NGC 6397 (7800 l.św.), w której obszarze centralnym odkryto skupienie mnóstwa czarnych dziur o gwiazdowych masach, zamiast jednej czarnej dziury o pośredniej masie. Jest to obraz złożony z serii zdjęć w różnych filtrach wykonanych Teleskopem Hubble'a. Materiał źródłowy: NASA, ESA, T. Brown, S. Casertano, and J. Anderson (STScI)
