Hubble відкрив приховані монстри Омеги Центавра

Використовуючи дані космічного телескопа «Хаббл» за два десятиліття, вчені виявили сім незвичайних зірок в Омезі Центавра, що вказує на наявність чорної діри проміжної маси, потенційно найближчої до Землі, і змінює теорії про оточення чорних дір.

Міжнародна команда астрономів використала понад 500 зображень космічного телескопа НАСА/ЄКА «Хаббл» за два десятиліття, щоб виявити сім швидкорухомих зірок у внутрішній області Омеги Центавра, найбільшого і найяскравішого кулястого скупчення в небі. Ці зірки надають нові переконливі докази наявності чорної діри середньої маси.

Відкриття чорної діри в Омезі Центавра

Чорні діри проміжної маси (ЧДПМ) — це давно шукана «відсутня ланка» в еволюції чорних дір. На сьогодні знайдено лише кілька кандидатів на роль IMBH. 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 IMBH існують, то наскільки вони поширені? Чи виростає надмасивна чорна діра з ЧД? Як утворюються самі ЧДД? Чи є щільні зоряні скупчення їхнім улюбленим домом?

Спостереження з південного неба

Омега Центавра видима з Землі неозброєним оком і є одним з найулюбленіших небесних об’єктів для астрономів Південної півкулі. Хоча скупчення знаходиться на відстані 17 700 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 дві тисячі 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 мільйона 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.

Виявлення зоряних рухів в Омезі Центавра

Омега Центавра складається з приблизно 10 мільйонів зірок, які гравітаційно пов’язані між собою. Міжнародна команда створила величезний каталог рухів цих зірок, вимірявши швидкості для 1,4 мільйона зірок, вивчивши понад 500 зображень скупчення, отриманих «Габблом». Більшість цих спостережень були призначені для калібрування інструментів Габбла, а не для наукового використання, але вони виявилися ідеальною базою даних для дослідницьких зусиль команди. Обширний каталог, який є найбільшим каталогом рухів для будь-якого зоряного скупчення на сьогоднішній день, буде викладений у відкритий доступ (більше інформації можна знайти тут).

«Ми виявили сім зірок, яких там не повинно бути, — пояснив Максиміліан Хеберле з Інституту астрономії Макса Планка в Німеччині, який очолював це дослідження. «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».

Докази чорної діри середньої маси

Кілька досліджень показали наявність IMBH в Омега Центавра. ^[1] Однак інші дослідження припустили, що маса може бути спричинена центральним скупченням чорних дір із зірковою масою, і припустили, що відсутність зірок, що швидко рухаються вище необхідної швидкості відходу, робить IMBH менш імовірним у порівнянні.

«Це відкриття є найбільш прямим доказом існування IMBH в Омезі Центавра», — додала керівник групи Надін Ноймаєр, також з Інституту астрономії Макса Планка, яка ініціювала дослідження разом з Аніл Сет з Університету Юти в Сполучених Штатах. «Це захоплююче, тому що відомо лише дуже мало інших чорних дір із подібною масою. Чорна діра в Омега Центавра може бути найкращим прикладом IMBH у нашому космічному сусідстві».

Якщо це підтвердиться, на відстані 17 700 світлових років чорна діра-кандидат знаходиться ближче до Землі, ніж чорна діра з масою 4,3 мільйона сонячних променів у центрі Чумацького Шляху, яка знаходиться на відстані 26 000 світлових років. Окрім центру Галактики, це також був би єдиний відомий випадок, коли кілька зірок тісно пов’язані з масивною чорною дірою.

Майбутні дослідження та технологічні внески

Наукова команда тепер сподівається охарактеризувати чорну діру. Хоча вважається, що він вимірює принаймні 8200 сонячних мас, його точна маса та точне положення до кінця не відомі. Команда також має намір вивчати орбіти зірок, що швидко рухаються, що вимагає додаткових вимірювань відповідних швидкостей на промені зору. Команда отримала час із космічним телескопом Джеймса Вебба, щоб зробити саме це, а також має інші незавершені пропозиції щодо використання інших обсерваторій.

Омега Центавра також нещодавно була частиною нових даних місії Gaia ESA, які містили понад 500 000 зірок. «Навіть через 30 років космічний телескоп Хаббл з його інструментами для обробки зображень все ще є одним із найкращих інструментів для високоточної астрометрії в переповнених зоряних полях, регіонах, де Хаббл може забезпечити додаткову чутливість завдяки спостереженням місії ESA Gaia», — поділився член команди Маттіа Лібралато. Національного інституту астрофізики в Італії (INAF), а раніше AURA для Європейського космічного агентства під час цього дослідження. «Наші результати демонструють високу роздільну здатність і чутливість Хаббла, які дають нам нові захоплюючі наукові ідеї та дадуть новий поштовх темі IMBH в кульових скупченнях».