Астрономия классифицирует черные дыры в основном по их массе. На одном конце спектра находятся черные дыры звездных масс, образующиеся из коллапсировавших звезд и весящие от нескольких до десятков масс Солнца. На другом — колоссальные сверхмассивные черные дыры, чья масса достигает миллионов и даже миллиардов солнечных и которые скрываются в сердцах галактик. Однако долгое время загадкой оставались черные дыры промежуточной массы, занимающие среднее положение. Их существование предсказывалось теорией, но обнаружить такие объекты было крайне сложно, и достоверных кандидатов было известно лишь несколько.
Современные модели эволюции галактик предполагают, что самые первые галактики во Вселенной могли содержать в своих центрах именно такие черные дыры среднего размера. По мере роста и развития галактики её центральная черная дыра должна была увеличиваться, поглощая вещество. Однако если галактика переставала расти, например, будучи поглощенной более крупным соседом, рост её черной дыры мог остановиться, оставив её «законсервированной» на промежуточной стадии.
Именно такой «ископаемый» объект, по-видимому, был обнаружен в новом исследовании. Ученый из Института астрономии Макса Планка Максимилиан Хеберле и его коллеги представили убедительные доказательства того, что в сердце шарового скопления Омега Центавра, которое вращается вокруг нашего Млечного Пути, скрывается черная дыра с массой около 8200 солнечных. Это открытие делает её самым убедительным на сегодня кандидатом в черные дыры промежуточной массы.
Ключевым доказательством послужило наблюдение за аномально быстрым движением звезд в ядре скопления. Такие скорости могут быть объяснены только присутствием чрезвычайно компактной и массивной гравитационной «якоря». Это открытие также подтверждает давнюю гипотезу о том, что Омега Центавра — это не просто скопление звезд, а бывшее ядро небольшой галактики, которую миллиарды лет назад поглотил и лишил внешних звёздных оболочек наш Млечный Путь.
Омега Центавра: скопление или карликовая галактика?
Омега Центавра, видимая невооруженным глазом в южном полушарии как туманное пятно, — это одно из самых крупных и ярких шаровых скоплений в нашей Галактике, содержащее около 10 миллионов звезд. Долгое время оно считалось типичным, хотя и очень большим, шаровым скоплением — сферическим и древним образованием из плотно упакованных звёзд.
Однако новые данные вновь заставляют пересмотреть его природу.
Обратите внимание: Самый далекий квазар может помочь нам понять, как образуются огромные черные дыры.
Обнаружение массивной центральной черной дыры служит весомым аргументом в пользу теории, согласно которой Омега Центавра является уцелевшим ядром карликовой галактики. Её эволюция была насильственно прервана в далеком прошлом, когда она была захвачена и разорвана гравитацией Млечного Пути.
Высокодетализированное изображение центра Омеги Центавра, полученное космическим телескопом Хаббл.
Если эта гипотеза верна, то Омега Центавра представляет собой уникальную космическую «капсулу времени». После слияния с нашей Галактикой у её центральной черной дыры не осталось источника вещества для роста. Таким образом, она навсегда «заморозилась» в том состоянии, в котором находилась в момент поглощения своей родной галактики. Это дает астрономам редчайшую возможность изучить недостающее звено в эволюции черных дыр — переходную форму от небольших звездных дыр к гигантским сверхмассивным монстрам.
Подтверждение существования центральной черной дыры
Чтобы доказать существование черной дыры, команда Максимилиана Хеберле проделала колоссальную работу. На протяжении нескольких лет они анализировали архивные снимки космического телескопа «Хаббл», создав самый полный на сегодня каталог движения звезд в Омеге Центавра. Ученые измерили скорости для 1,4 миллиона звезд, изучив более 500 изображений, многие из которых изначально были сделаны для калибровки инструментов, а не для научных исследований.
В результате этого скрупулезного анализа в самом центре скопления были обнаружены семь звезд, движущихся с аномально высокой скоростью. Характер их движения однозначно указывает на то, что они находятся под мощным гравитационным влиянием невидимой, но чрезвычайно массивной области размером всего около трех световых месяцев. В этой области нет никаких видимых источников света, что идеально соответствует ожиданиям от черной дыры.
Слева направо: шаровое скопление Омега Центавра в целом, увеличенная версия центральной области и область в центре, показывающая местоположение недавно открытой черной дыры среднего размера.
Хотя вопрос о наличии черной дыры в Омеге Центавра поднимался и ранее, новое исследование с его точными данными по движению звезд ставит точку в этом споре. Анализ орбит семи быстро движущихся звезд позволил оценить массу невидимого объекта — она составляет не менее 8200 масс Солнца, что четко определяет его как черную дыру промежуточной массы.
Эта черная дыра находится на расстоянии примерно 18 000 световых лет от Земли, что делает её ближайшей к нам известной массивной черной дырой (для сравнения, сверхмассивная черная дыра Стрелец А* в центре Млечного Пути находится в 27 000 световых годах). Значение этого открытия многогранно:
- Оно окончательно разрешает многолетние дебаты о природе Омеги Центавра и наличии в её центре черной дыры.
- Предоставляет астрономам лучшего на сегодня кандидата в черные дыры промежуточной массы для детального изучения.
- Дает ключевые доказательства в пользу теории о том, что Омега Центавра является остатком поглощенной карликовой галактики.
Исследование только начинается. Дальнейшие наблюдения за центральными звездами скопления планируется провести с помощью более мощного космического телескопа «Джеймс Уэбб». В будущем новые инструменты, такие как GRAVITY+ на Очень Большом Телескопе и MICADO на Чрезвычайно Большом Телескопе, позволят отслеживать движение звезд с еще большей точностью, чем «Хаббл». Конечная цель — в деталях увидеть, как звезды «танцуют» вокруг черной дыры, ускоряясь и искривляя свои орбиты под действием её чудовищной гравитации.
Полный текст исследования был опубликован в авторитетном журнале Nature.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: В природе черные дыры различаются по массе.