Gwiazdowe czarne dziury są obecne w Omega Centauri

Astronomowie odkryli, że czarne dziury o masie gwiazdowej są obecne w Omega Centauri. Może to tłumaczyć tajemnicze ruchy obiektów wewnątrz tej największej gromady gwiazd w Drodze Mlecznej.

Omega Centauri to masywna gromada gwiazd, zawierająca prawie dziesięć milionów gwiazd, znajdująca się w gwiazdozbiorze Centaura. Naukowcy zaobserwowali, że prędkości obiektów poruszających się w pobliżu jej centrum były wyższe niż oczekiwano. Nie było jednak jasne, czy jest to spowodowane przez czarną dziurę o „pośredniej masie” (IMBH), ważącą sto tysięcy razy więcej niż Słońce, czy też gromadę czarnych dziur o „masie gwiazdowej”, z których każda waży zaledwie kilka razy więcej niż Słońce.

Grupa mniejszych czarnych dziur mogła się wytworzyć w centrum Omega Centauri w wyniku ewolucji gwiazd. Astronomowie sądzili jednak, że większość z nich zostałaby wyrzucona w wyniku interakcji z innymi gwiazdami. W związku z tym badacze zakładali, że w środku znajduje się IMBH. Potwierdzało to również odkrycie nowych dowodów na istnienie szybko poruszających się gwiazd w pobliżu centrum Omega Centauri, które mogły wynikać z interakcji z cięższym obiektem, aby osiągnąć tak duże prędkości.

Naukowcy poszukują czarnych dziur o średniej masie, ponieważ mogą stanowić one „brakujące ogniwo” pomiędzy czarnymi dziurami o masie gwiazdowej a supermasywnymi czarnymi dziurami. Najmniejsze z nich powstają w wyniku śmierci masywnych gwiazd i zostały już odkryte przy użyciu różnych technik. Supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach dużych galaktyk i mogą ważyć od milionów do miliardów razy więcej niż Słońce.

Astronomowie nie wiedzą, w jaki sposób powstają supermasywne czarne dziury i czy rozpoczynają swoje życie jako czarne dziury o masie gwiazdowej. Znalezienie IMBH mogłoby ich zdaniem rozwiązać tę kosmiczną zagadkę.

W nowym badaniu, przeprowadzonym przez naukowców z University of Surrey, ponownie przyjrzano się szczególnym prędkościom gwiazd w centrum Omega Centauri, ale tym razem przy użyciu nowych danych. Astronomowie po raz pierwszy połączyli informacje dotyczące anomalnych prędkości z nowymi wskazówkami dotyczącymi przyspieszenia pulsarów.

Pulsary, podobnie jak czarne dziury, powstają z umierających gwiazd. Ważą do dwóch razy więcej niż Słońce, ale mają zaledwie 20 km średnicy i mogą obracać się do 700 razy na sekundę. Wirując, emitują fale radiowe wzdłuż swojej osi obrotu. Wiązka radiowa z nich dociera do Ziemi i przypomina kosmiczną latarnię morską, której sygnał mogą wykryć badacze.  

Pulsary są naturalnymi zegarami, prawie tak dokładnymi jak zegary atomowe na Ziemi. Dzięki pomiarom zmian ich prędkości obrotowej, astronomowie mogą obliczyć, w jaki sposób przyspieszają, bezpośrednio badając natężenie pola grawitacyjnego w centrum Omega Centauri.

Łącząc te nowe pomiary przyspieszenia z prędkościami gwiazd, naukowcy byli w stanie odróżnić IMBH od gromady mniejszych czarnych dziur. Ich analiza wskazuje, że bardziej prawdopodobne jest to drugie rozwiązanie. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.

„Polowanie na nieuchwytne czarne dziury o średniej masie trwa. Jedna z nich może nadal znajdować się w centrum Omega Centauri, ale nasza praca sugeruje, że musi być mniejsza niż około sześć tysięcy mas Słońca i żyć obok gromady czarnych dziur o masie gwiazdowej. Istnieje jednak duża szansa, że wkrótce ją znajdziemy. Wykrywane jest coraz więcej akceleracji pulsarów, co pozwala nam zaglądać do centrów gęstych gromad gwiazd i polować na te obiekty bardziej precyzyjnie niż kiedykolwiek wcześniej” – tłumaczy Justin Read z University of Surrey.

Emil Gołoś