Korzystając z HST, zespół astronomów wykrył siedem szybko poruszających się gwiazd w gromadzie Omega Centauri, co dostarcza dowodów na obecność w jej centrum czarnej dziury o masie pośredniej.
Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał ponad 500 zdjęć z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a z dwóch dekad, aby wykryć siedem szybko poruszających się gwiazd w najbardziej wewnętrznym regionie Omega Centauri – największej i najjaśniejszej gromady kulistej na niebie. Gwiazdy te dostarczają nowych, przekonujących dowodów na obecność czarnej dziury o masie pośredniej.
Czarne dziury o masach pośrednich (intermediate-mass black holes – IMBH) są długo poszukiwanym „brakującym ogniwem” w ewolucji czarnych dziur. Do tej pory znaleziono tylko kilka innych kandydatek na IMBH. Większość znanych czarnych dziur jest albo niezwykle masywna, jak supermasywne czarne dziury znajdujące się w jądrach dużych galaktyk, albo stosunkowo lekka – o masie mniejszej niż stukrotność masy Słońca. Czarne dziury są jednym z najbardziej ekstremalnych znanych środowisk – i z tego względu stanowią poligon doświadczalny dla praw fizyki i naszego zrozumienia tego, jak działa Wszechświat. Jeżeli IMBH istnieją, to jak często występują? Czy supermasywne czarne dziury ewoluują z IMBH? Jak powstają same IMBH? Czy gęste gromady gwiazd są ich ulubionym domem?
Omega Centauri jest widoczna z Ziemi nieuzbrojonym okiem i stanowi jeden z ulubionych obiektów niebieskich dla obserwatorów gwiazd na półkuli południowej. Mimo że gromada znajduje się w odległości 17 tysięcy lat świetlnych, tuż nad płaszczyzną Drogi Mlecznej, to widziana z ciemnego obszaru wiejskiego wydaje się niemal tak duża jak Księżyc w pełni. Dokładna klasyfikacja Omega Centauri ewoluowała wraz z upływem czasu, w miarę jak mogliśmy coraz dokładniej ją badać. Po raz pierwszy została wymieniona w katalogu Ptolemeusza prawie 2000 lat temu jako pojedyncza gwiazda. Edmond Halley opisał ją jako mgławicę w 1677 roku, a w latach 30. XIX wieku angielski astronom John Herschel jako pierwszy uznał ją za gromadę kulistą.
Gromady kuliste składają się zazwyczaj z nawet miliona starych gwiazd, ściśle powiązanych ze sobą grawitacyjnie. Można je znaleźć zarówno na obrzeżach, jak i w centralnych obszarach wielu galaktyk, w tym naszej. Omega Centauri ma kilka cech, które odróżniają ją od innych gromad kulistych: wiruje szybciej niż zwykła gromada kulista, a jej kształt jest mocno spłaszczony. Co więcej, Omega Centauri jest około 10 razy masywniejsza niż inne duże gromady kuliste i prawie tak masywna jak mała galaktyka.
Omega Centauri składa się z około 10 milionów gwiazd związanych grawitacyjnie. Międzynarodowy zespół stworzył obecnie ogromny katalog ruchów gwiazd, mierząc prędkości dla 1,4 miliona gwiazd dzięki analizie ponad 500 zdjęć gromady wykonanych przez HST. Większość z tych obserwacji miała na celu kalibrację instrumentów HST, a nie zastosowanie naukowe, ale okazały się one idealną bazą danych dla wysiłków badawczych zespołu. Obszerny katalog, który jest największym jak dotąd katalogiem ruchów dla jakiejkolwiek gromady gwiazd, zostanie udostępniony publicznie.
Odkryliśmy siedem gwiazd, których nie powinno tam być – wyjaśnił Maximilian Häberle z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Heidelbergu, który kierował tymi badaniami. Poruszają się one tak szybko, że powinny uciec z gromady i nigdy do niej nie wrócić. Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest to, że bardzo masywny obiekt przyciąga grawitacyjnie te gwiazdy i utrzymuje je blisko centrum. Jedynym tak masywnym obiektem może być czarna dziura o masie co najmniej 8200 razy większej niż masa Słońca.
Kilka badań sugerowało obecność IMBH w gromadzie Omega Centauri, jednak inne obserwacje wskazywały, że masa może być spowodowana przez centralną gromadę czarnych dziur o masie gwiazdowej, a brak szybko poruszających się gwiazd powyżej wymaganej prędkości ucieczki sprawił, że IMBH była mniej prawdopodobna.
Odkrycie to jest najbardziej bezpośrednim jak dotąd dowodem na istnienie IMBH w Omega Centauri – dodała kierownik zespołu Nadine Neumayer, również z Instytutu Astronomii Maxa Plancka, który zainicjował badanie. To ekscytujące, ponieważ znanych jest tylko kilka innych czarnych dziur o podobnej masie. Czarna dziura w Omega Centauri może być najlepszym przykładem IMBH w naszym kosmicznym sąsiedztwie.
Jeżeli potwierdzą się przypuszczenia, to kandydatka na czarną dziurę znajdująca się w odległości 17 tysięcy lat świetlnych będzie bliżej Ziemi niż czarna dziura o masie 4,3 miliona mas Słońca zlokalizowana w centrum Drogi Mlecznej, oddalona o 26 tysięcy lat świetlnych. Oprócz centrum Galaktyki byłby to także jedyny znany przypadek, w którym wiele gwiazd jest ściśle związanych z masywną czarną dziurą.
Zespół naukowy ma teraz nadzieję scharakteryzować tę czarną dziurę. Uważa się, że ma ona masę co najmniej 8200 mas Słońca, ale jej dokładna masa i położenie nie są w pełni znane. Zespół zamierza również zbadać orbity szybko poruszających się gwiazd, co wymaga dodatkowych pomiarów odpowiednich prędkości w linii widzenia. W tym celu zespół otrzymał czas na wykorzystanie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST); sformułował także propozycje wykorzystania innych obserwatoriów.
Omega Centauri pojawiła się również niedawno w nowym wydaniu danych z misji Gaia, które zawierały ponad 500 tysięcy gwiazd. Nawet po 30 latach HST z jego instrumentami do obrazowania jest nadal jednym z najlepszych narzędzi do precyzyjnej astrometrii w zatłoczonych polach gwiazdowych, regionach, w których teleskop ten może zapewnić dodatkową czułość z obserwacji misji Gaia – powiedział członek zespołu Mattia Libralato z Narodowego Instytutu Astrofizyki w Rzymie (Istituto Nazionale di Astrofisica – INAF). Nasze wyniki pokazują wysoką rozdzielczość i czułość HST, które dają nam ekscytujące nowe spostrzeżenia naukowe i dadzą nowy impuls do tematu IMBH w gromadach kulistych.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Źródło: ESA
Na ilustracji: Kandydatka na czarną dziurę w Omega Centauri. Źródło: ESA/Hubble & NASA, M. Häberle
