První hvězdná černá díra v kupě Omega Centauri odhalena po 23 letech pátrání

Hmotnost je velmi přesně určena, protože dvojhvězda byla pozorována v době, kdy byla nejblíže sobě (periastrum), i když byl zachycen pouze částečný oběh .

Jak byla objevena: 23 let precizní astrometrie

Předchozí pátrání po černých dírách v Omega Centauri spoléhala na měření radiálních rychlostí nebo na rentgenové a rádiové záření – žádná z těchto metod neuspěla. Průlom přinesla zcela jiná technika: astrometrie, tedy přesné měření poloh a nepatrných pohybů hvězd na obloze v průběhu času .

Tým využil archivní data z projektu oMEGACat z Hubbleova teleskopu, která pokrývají více než 20 let, a doplnil je novými pozorováními z JWST, která zpřesnila měření. Tento 23letý základ byl klíčový, protože oběžná doba je řádově století; dlouhý časový úsek umožnil týmu zachytit systém v periastru, kde je orbitální signál nejsilnější .

Sledováním nepatrného kolébání viditelné hvězdy odhalili přítomnost neviditelného, masivního průvodce – černé díry. Díky tomu je oMEGACat BH-2 první černou dírou v jakékoli kulové hvězdokupě, která byla objevena pomocí astrometrie .

Proč je tento objev důležitý

Omega Centauri obsahuje zhruba 10 milionů hvězd. Dynamické modely předpovídají, že by v ní mělo být asi 10 000 hvězdných černých děr – což jsou pozůstatky těch nejhmotnějších hvězd, které už vybuchly jako supernovy. Jenže desítky let pátrání pomocí radiálních rychlostí, rádiových a rentgenových pozorování nepřinesly nic, což vytvářelo záhadný rozpor mezi teorií a pozorováním .

oMEGACat BH-2 konečně prolomila tuto bariéru. Je to první potvrzená hvězdná černá díra v Omega Centauri a poskytuje první přímý důkaz, že taková populace skutečně existuje .

Její hmotnost – pouhých 4,5 hmotnosti Slunce – však přišla jako překvapení. Modely hvězdného vývoje pro hvězdokupu s nízkým obsahem kovů, jako je Omega Centauri, předpovídají typické hmotnosti černých děr 20–40 hmotností Slunce. Tento obrovský rozdíl otevírá nové otázky o vzniku a zadržování černých děr v hustých hvězdokupách .

Co to znamená pro debatu o černé díře střední hmotnosti

Po celá léta astronomové diskutovali o tom, co se skrývá v samotném jádru Omega Centauri. Je to jedna černá díra střední hmotnosti (IMBH) – dlouho hledaný chybějící článek mezi hvězdnými a supermasivními černými dírami? Nebo je centrální hmota vysvětlena hustým shlukem hvězdných černých děr?

V roce 2024 přinesl Hubbleův teleskop silné důkazy pro IMBH o hmotnosti nejméně 8 200 Sluncí (a možná až 40 000 Sluncí) přímo v centru hvězdokupy, a to na základě pohybů sedmi rychle se pohybujících hvězd .

Objev hvězdných černých děr, jako je oMEGACat BH-2, této interpretaci nijak neodporuje – modely předpovídají obojí: centrální IMBH plus tisíce hvězdných černých děr rozptýlených po celé hvězdokupě.

Tento nález vlastně pomáhá vyřešit napětí: ukazuje, že velká populace hvězdných černých děr skutečně existuje, ale centrální rychlé hvězdy stále vyžadují jediný masivní objekt (IMBH), spíše než aby je bylo možné vysvětlit jen shlukem lehčích černých děr .

Stručně řečeno, oMEGACat BH-2 je prvním přímým důkazem dlouho předpovídané „chybějící" populace hvězdných černých děr v Omega Centauri, která existuje vedle nezávisle detekované černé díry střední hmotnosti v jádru hvězdokupy.