Омега Центавра — одно из самых массивных шаровых скоплений Млечного Пути. Оно содержит около 10 млн звезд, связанных гравитацией, и находится на расстоянии примерно 18 тыс. световых лет от Земли. Уже давно известно, что в его центре, вероятно, находится черная дыра промежуточной массы. Но модели предсказывали, что в скоплении должно также прятаться еще около 10 тыс. черных дыр звездной массы — остатков взорвавшихся массивных звезд. Однако все попытки обнаружить их с помощью радиальных скоростей или рентгеновского излучения терпели неудачу.
Команда астрономов под руководством Мэттью Уитакера из университета Юты применила другой метод — астрометрию, то есть измерение крошечных движений звезд по небу с течением времени. Они проанализировали больше 20 лет архивных данных телескопа «Хаббл» (с 2002 по 2023 год) и дополнили их новыми наблюдениями телескопа «Джеймс Уэбб» в ближнем инфракрасном диапазоне, чтобы повысить точность измерений.
В результате они обнаружили звезду, которая совершает странное движение: она гравитационно связана с невидимым объектом, настолько массивным, что это может быть только черная дыра. Объект получил название oMEGACat BH-2. Это первая черная дыра звездной массы, найденная в Омега Центавра.
Дальнейший анализ показал неожиданные детали. Видимая звезда-компаньон имеет массу 0,78 массы Солнца. Масса черной дыры составила 4,46 солнечных массы — этого достаточно, чтобы исключить вариант нейтронной звезды (она была бы легче), но слишком мало для черной дыры в среде, бедной металлами, как Омега Центавра. Обычно в таких условиях черные дыры должны быть массивнее.
Мы знаем, что звезда имеет массу 0,78 солнечных, теперь мы можем вычислить массу черной дыры — 4,46 солнечных, что слишком много для нейтронной звезды. Однако ее масса гораздо ниже, чем можно было бы ожидать в такой бедной металлами среде, как Омега Центавра. Это удивительно и захватывающе
Орбитальный период системы составил 94 года — это самый долгий период обращения среди всех известных двойных систем с черной дырой. Это также указывает на происхождение системы. Вероятно, она образовалась динамически, то есть звезда и черная дыра не родились вместе, а встретились в плотном скоплении. Расчеты показывают, что такая система просуществует менее миллиарда лет, после чего будет разрушена гравитационными взаимодействиями с соседними звездами, — а возраст самого скопления около 12 млрд лет.
«Точность этих измерений невероятна — вплоть до долей пикселя на детекторах "Хаббла" и "Уэбба", — говорит Уитакер. — Найти эту черную дыру было бы невозможно без двух этих космических телескопов».
Открытие важно не только само по себе. Понимание популяций черных дыр в шаровых скоплениях имеет ключевое значение для интерпретации гравитационно-волновых событий. Именно в таких плотных средах, как Омега Центавра, двойные системы черных дыр могут сливаться, порождая гравитационные волны, которые регистрируют детекторы на Земле.
«Нам важно понимать популяции черных дыр в шаровых скоплениях, потому что в их физике и формировании остается много неясного, — говорит Сет. — Понимание процесса формирования черных дыр и последующего динамического образования двойных систем жизненно важно, поскольку это влияет на нашу способность интерпретировать события гравитационных волн».
Авторы планируют продолжить поиски в Омега Центавра и других скоплениях. Они также с нетерпением ждут запуска космического телескопа «Нэнси Грейс Роман», который будет регулярно наблюдать плотные области галактического балджа с разрешением, сравнимым с «Хабблом», но с гораздо более широким полем зрения. Это позволит находить подобные системы гораздо чаще. Статья об открытии опубликована в научном журнале The Astrophysical Journal Letters.
Ранее Наука Mail рассказывала о космическом «фейерверке» в древнем звездном скоплении.