Астрономи виявили першу з очікуваних в скупченні «Омега Центавра» чорну діру зоряної маси

В масивному зоряному скупченні, за допомогою астрометричних вимірювань, виявлено першу чорну діру зоряної маси з «відсутньої» популяції.

Про відкриття повідомляють в NASA, передають OstanniPodii.com.

Масивне кульове зоряне скупчення «Омега Центавра» вже десятиліттями ставить астрономів у глухий кут. Воно мало б бути наповнене чорними дірами, що залишилися після вибухів зірок, проте доказів їхнього існування майже немає. Тепер астрономи, використовуючи архівні дані космічного телескопа «Габбл» та, для підтвердження, спостереження космічного телескопа «Джеймс Вебб», нарешті виявили першу чорну діру зоряної маси в цьому скупченні. Відкриття першої з цієї «відсутньої» популяції чорних дір допоможе уточнити сучасні теорії щодо утворення чорних дір у таких середовищах, як «Омега Центавра». Результати були опубліковані в журналі «The Astrophysical Journal Letters».

«Омега Центавра» складається з 10 мільйонів зірок, пов’язаних гравітаційно. Хоча раніше астрономічна спільнота за допомогою «Габбла» виявила докази того, що в центрі скупчення прихована чорна діра середньої маси, моделі вказують на те, що це зоряне скупчення також має містити близько 10 000 менших чорних дір зоряної маси. Ця значна популяція чорних дір уникнула виявлення в попередніх спостережних дослідженнях, у яких використовувався метод радіальної швидкості або проводився пошук радіо- та рентгенівського випромінювання від речовини, що падає на чорні діри.

Це нове відкриття ґрунтується на іншому підході, відомому як астрометрія, що дозволяє вимірювати дуже незначні переміщення зірок у часі. Проаналізувавши понад 20 років архівних даних телескопа «Габбл» та залучивши останні дані телескопа «Вебб» для подальшого уточнення астрометричних вимірювань, команда виявила зорю, що обертається навколо невидимого об’єкта, настільки масивного, що це не може бути нічим іншим, як чорною дірою. Цей об′єкт, що отримав назву oMEGACat BH-2, є першою чорною дірою зоряної маси, виявленою в сузір’ї Омега Центавра, і вона має деякі несподівані властивості. oMEGACat BH-2 має меншу, ніж очікувалося, масу, і разом зі своєю видимою супутницею-зорею ця пара «чорна діра — зоря» має найдовший орбітальний період серед усіх відомих на сьогодні подвійних систем з чорними дірами.

«Завдяки даним телескопів «Габбл» і «Вебб» нам вдалося спостерігати рух видимої зорі головної послідовності, що входить до складу цієї подвійної системи, яка знаходиться на відстані близько 18 000 світлових років у щільному середовищі сузір’я Омега Центавра», — зазначив Метью Вітакер з Університету Юти в Солт-Лейк-Сіті, головний автор дослідження. «Точність цих вимірювань вражає — вона сягає частки пікселя на детекторах телескопів «Габбл» і «Вебб». Без цих двох космічних телескопів виявити цю чорну діру було б неможливо».

Результати досліджень команди уточнюють висновки попереднього дослідження, проведеного іншою групою вчених, які припускали, що ця подвійна система включає нейтронну зорю. Розширивши дані телескопа «Габбл» з попереднього дослідження архівними астрометричними вимірюваннями за період з 2002 по 2023 рік та залучивши дані телескопа «Вебб» у ближньому інфрачервоному діапазоні для підвищення точності, команда під керівництвом Університету Юти змогла точніше визначити масу темного компаньйона видимої зорі, виключивши можливість того, що це нейтронна зоря.

«Хоча ми вже знали, що маса зорі становить 0,78 сонячної маси, тепер ми можемо обчислити масу чорної діри, яка дорівнює 4,46 сонячної, а отже, є занадто великою, щоб це була нейтронна зоря. Однак її маса набагато менша, ніж можна було б очікувати в середовищі з низьким вмістом металів, такому як Омега Центавра. Це дивно й захопливо», — сказав Аніл Сет з Університету Юти, співавтор дослідження. «Тепер ми знаємо, що зоря з низьким вмістом металів здатна утворити таку чорну діру, і нам потрібно з’ясувати, як це відбувається. Це відкриття надає певні дані тим, хто займається подібним моделюванням».

Тривале відкриття

На основі точних даних від телескопів «Габбл» і «Вебб» команда змогла простежити траєкторію руху зорі протягом понад 20 років, під час її найближчого зближення з чорною дірою-компаньйоном, коли вона рухалася по небу найшвидше. На основі обширних даних команда встановила, що видима зоря обертається навколо oMEGACat BH-2 раз на 94 роки, що робить цю систему подвійною системою з чорною дірою з найдовшим періодом обертання серед усіх відомих на сьогодні.

Її довгий орбітальний період також дає підказку щодо походження цієї подвійної системи. Ймовірно, вона утворилася динамічно, тобто зоря та її компаньйон — чорна діра — не існували разом спочатку, а знайшли одне одного в цьому скупченні. Дослідники підрахували, що така система, як oMEGACat BH-2, проіснує менше мільярда років, перш ніж її розірве зіткнення із сусідніми зорями — це набагато коротший термін, ніж вік скупчення (приблизно 12 мільярдів років).

«Важливо розуміти популяції чорних дір у кульових скупченнях, оскільки існує невизначеність щодо їхньої фізики та утворення», — зазначив Сет. «Зокрема, розуміння процесу утворення чорних дір, а потім динамічного формування подвійних систем дуже важливе, оскільки це впливає на нашу здатність інтерпретувати та розуміти події, пов’язані з гравітаційними хвилями. Такі середовища, як Омега Центавра, є основними місцями, де, на нашу думку, подвійні системи зливаються й створюють ці хвилі».

Відкриття командою чорної діри зоряної маси oMEGACat BH-2 за допомогою набору даних «Габбла» та «Вебба» — це лише початок пошуку цих невловних популяцій чорних дір у кульових зоряних скупченнях.

«Завдяки «Габблу» та «Веббу» ми можемо продовжувати спостерігати за «Омега Центавром» та розширювати пошук подібних систем в інших скупченнях», — зазначив Вітакер. «Ми також дуже раді запуску космічного телескопа НАСА імені Ненсі Грейс Роман, оскільки він буде регулярно знімати переповнене галактичне випинання, включаючи центр [нашої] галактики, з роздільною здатністю, подібною до «Габбла», та з набагато ширшим полем зору. Ми сподіваємося, що завдяки регулярному ритму спостережень телескопа «Роман» нам вдасться знайти подвійні системи чорних дір, подібні до цієї».

• Чорні діри