«Хаббл» обнаружил первую из пропавших черных дыр в звездном скоплении»

Массивное шаровое звездное скопление Омега Центавра десятилетиями ставило астрономов в тупик. Теперь астрономы, используя архивные данные космического телескопа НАСА / ЕКА "Хаббл" и вспомогательные наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА / ЕКА / CSA, наконец-то обнаружили свою первую черную дыру звездной массы в этом скоплении. Обнаружение первой из этой пропавшей популяции черных дыр поможет уточнить существующие теории образования черных дыр в таких средах, как Омега Центавра.

Омега Центавра состоит из 10 миллионов гравитационно связанных между собой звезд. Хотя ранее с помощью телескопа «Хаббл» астрономическое сообщество обнаружило доказательства того, что в центре скопления находится черная дыра промежуточной массы, модели предполагают, что в этом звездном скоплении должно быть около 10 000 черных дыр меньшей массы, сравнимой со звездной. Эта значительная популяция черных дыр не была обнаружена в ходе предыдущих исследований, в которых использовался метод измерения лучевой скорости или поиск радио- и рентгеновского излучения от вещества, падающего на черные дыры.

Новое открытие основано на другом подходе, известном как астрометрия, который позволяет измерять очень незначительные смещения звезд с течением времени. Проанализировав архивные данные «Хаббла» за более чем 20 лет и дополнив их недавними данными «Уэбба» для дальнейшего уточнения астрометрических измерений, команда обнаружила звезду, вращающуюся вокруг невидимого объекта, настолько массивного, что он должен быть черной дырой. Эта звезда, получившая название oMEGACat BH-2, является первой черной дырой звездной массы, обнаруженной в созвездии Омеги Центавра, и у нее есть несколько удивительных особенностей. Масса oMEGACat BH-2 оказалась меньше ожидаемой, а у этой пары черной дыры и видимой звезды самый длинный орбитальный период среди всех известных на сегодняшний день двойных систем черных дыр.

Результаты исследования команды подтверждают выводы другой группы ученых о том, что в этой двойной системе есть нейтронная звезда. Расширив анализируемые данные «Хаббла» за счет астрометрических измерений, проведенных с 2002 по 2023 год, и добавив данные «Уэбба» в ближнем инфракрасном диапазоне для повышения точности, команда под руководством Университета Юты смогла точнее определить массу невидимого спутника видимой звезды, исключив возможность того, что это нейтронная звезда.

«Хотя мы уже знали, что масса звезды составляет 0,78 массы Солнца, теперь мы можем рассчитать массу черной дыры, которая равна 4,46 массы Солнца и, следовательно, слишком велика, чтобы быть нейтронной звездой. Однако на самом деле ее масса намного меньше, чем можно было бы ожидать в такой бедной металлами среде, как Омега Центавра. Это удивительно и интересно», — сказал Анил Сет из Университета Юты, соавтор исследования. «Теперь мы знаем, что звезда с низким содержанием металлов может образовать такую черную дыру, и нам нужно понять, как это происходит. Это открытие дает некоторые данные тем, кто занимается подобным моделированием».

Долгожданное открытие

На основе точных данных, полученных с помощью телескопов «Хаббл» и «Джеймс Уэбб», команда смогла проследить траекторию звезды на протяжении более 20 лет, что, к счастью, совпало с ее ближайшим сближением с черной дырой, когда она двигалась по небу быстрее всего. На основе обширных данных команда исследователей установила, что видимая звезда совершает оборот вокруг oMEGACat BH-2 раз в 94 года, что делает эту пару самой долгопериодической из всех известных.

Большой период обращения также дает ключ к пониманию происхождения этой двойной системы. Вероятно, она образовалась в результате динамического формирования, то есть звезда и ее компаньон — черная дыра — не были изначально вместе, а нашли друг друга в этом скоплении. Исследователи подсчитали, что такая система, как oMEGACat BH-2, просуществует менее миллиарда лет, после чего будет разорвана в результате столкновений с близлежащими звездами, что намного меньше возраста скопления (около 12 миллиардов лет).

«Важно изучать популяции черных дыр в шаровых скоплениях, потому что их физика и процесс формирования до конца не изучены», — сказал Сет. «В частности, понимание процесса формирования черных дыр, а затем динамического формирования двойных систем крайне важно, потому что это влияет на нашу способность интерпретировать и понимать события, связанные с гравитационными волнами. Такие среды, как Омега Центавра, — это основные места, где, как мы полагаем, двойные системы сливаются и создают эти волны».

Обнаружение командой черной дыры звездной массы oMEGACat BH-2 с помощью данных «Хаббла» и «Уэбба» — это только начало поиска таких неуловимых черных дыр в шаровых звездных скоплениях.

«Это новое открытие подчеркивает огромную ценность архива космического телескопа «Хаббл»», — сказал Максимилиан Хеберле, постдокторант Европейской южной обсерватории, который руководил обработкой данных «Хаббла» и «Уэбба».«Это второй прорыв в нашем астрометрическом повторном анализе данных oMEGACat после подтверждения существования черной дыры промежуточной массы в созвездии Омеги».

На изображении:

Cнимок шарового звездного скопления Омеги Центавра, сделанный телескопом «Хаббл». Скопление выглядит как очень плотное звездное поле. Некоторые звезды кажутся немного крупнее и ярче других, при этом большинство звезд имеют синий, оранжевый и желтый цвет. Они распределены практически равномерно, как песчинки. По мере приближения к центру они постепенно сближаются, образуя более светлую область в ядре шарового звездного скопления. В центре находится небольшая красная квадратная рамка. Она соединена с квадратным выносом в правом верхнем углу, который позволяет рассмотреть выделенную область более детально. Среди звезд синего и оранжевого цветов есть маленькая бело-голубая точка, выделенная небольшим красным кружком