В центре звёздного скопления Млечного Пути нашли чёрные дыры

Автор: University of Surrey

Сможет ли наконец разрешиться многолетний спор о загадочных движениях звезд в Омеге Центавра, крупнейшем звездном скоплении в Млечном Пути?

Омега Центавра — это массивное звездное скопление с почти десятью миллионами звезд, расположенное в созвездии Центавра. Исследователи давно заметили, что скорости звезд, движущихся вблизи центра Омеги Центавра, были выше ожидаемых. Но было неясно, было ли это вызвано черной дырой «промежуточной массы» (IMBH), весящей в сто тысяч раз больше массы Солнца, или скоплением черных дыр «звездной массы», каждая из которых весит всего в несколько раз больше массы Солнца.

Ожидается, что в центре Омеги Центавра в результате звездной эволюции сформируется скопление черных дыр. Но астрономы считали, что большинство из них будут выброшены в результате взаимодействия с другими звездами. Таким образом, дыра IMBH все больше и больше становилась предпочтительным решением. Это казалось еще более вероятным, когда недавно появились новые доказательства быстро движущихся звезд вблизи центра Омеги Центавра, которым может потребоваться взаимодействие с IMBH для достижения таких высоких скоростей.

Черные дыры средней массы (IMBH) интересны астрономам, поскольку они могут быть «недостающим звеном» между черными дырами звездной массы и сверхмассивными черными дырами. Черные дыры звездной массы образуются в результате смерти массивных звезд и уже были обнаружены с помощью различных методов. Сверхмассивные черные дыры находятся в центрах крупных галактик и могут весить в миллионы или миллиарды раз больше массы Солнца.

В настоящее время мы не знаем, как образуются сверхмассивные черные дыры или начинают ли они свою жизнь как черные дыры звездной массы. Обнаружение IMBH могло бы решить эту космическую загадку.

Новое исследование с участием Университета Суррея по-новому взглянуло на аномальные скорости звезд в центре Омеги Центавра, но на этот раз использовало новый фрагмент данных. Исследователи впервые объединили данные об аномальных скоростях с новыми данными об ускорениях пульсаров.

Пульсары — это естественные часы, почти такие же точные, как атомные часы на Земле. Тщательно измеряя изменение скорости их вращения, астрономы могут вычислить, как ускоряются пульсары, напрямую измеряя силу гравитационного поля в центре Омеги Центавра.

Объединив эти новые измерения ускорения со скоростями звезд, исследователи из Суррея, Института астрофизики Канарских островов (IAC, Испания) и Лаборатории теоретической физики Анси-ле-Вьё LAPTh в Анси (Франция) смогли определить разницу между IMBH и скоплением черных дыр, отдав предпочтение последнему. Работа опубликованав журнале Astronomy & Astrophysics.

Профессор Джастин Рид, соавтор исследования из Университета Суррея, сказал: «Охота за неуловимыми черными дырами средней массы продолжается. Одна из них все еще может находиться в центре Омеги Центавра, но наша работа предполагает, что она должна быть менее чем в шесть тысяч раз больше массы Солнца и находиться рядом со скоплением черных дыр звездной массы. Однако есть все шансы, что мы скоро ее найдем. Появляется все больше и больше ускорений пульсаров, что позволяет нам заглядывать в центры плотных звездных скоплений и охотиться за черными дырами точнее, чем когда-либо прежде».

Андрес Баньярес Эрнандес, ведущий автор исследования из IAC, сказал: «Мы давно знаем о сверхмассивных черных дырах в центрах галактик и о меньших черных дырах звездной массы в нашей собственной галактике. Однако идея о черных дырах промежуточной массы, которые могли бы заполнить пробел между этими крайностями, остается недоказанной».

«Изучая Омегу Центавра — остаток карликовой галактики — мы смогли усовершенствовать наши методы и сделать шаг вперед в понимании того, существуют ли такие черные дыры и какую роль они могут играть в эволюции звездных скоплений и галактик. Эта работа помогает разрешить двадцатилетний спор и открывает новые двери для будущих исследований.

«Формирование пульсаров также является активной областью исследований, поскольку в последнее время было обнаружено большое их количество. Омега Центавра — идеальная среда для изучения моделей их формирования, что нам удалось сделать впервые в нашем анализе».

Больше информации: Andr'es Bañares-Hernández et al, New constraints on the central mass contents of Omega Centauri from combined stellar kinematics and pulsar timing, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202451763. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2408.00939

Источник: University of Surrey