Hubble finder det første stjernemasse sorte hul i Omega Centauri

Massen er godt bestemt, fordi dobbeltstjernen blev observeret nær periastron – det punkt i den elliptiske bane, hvor stjernerne er tættest på hinanden – selvom kun en delvis bane er blevet dækket .

Sådan blev den opdaget: 23 års omhyggelig astrometri

Tidligere søgninger efter sorte huller i Omega Centauri har baseret sig på radialhastighedsmålinger eller røntgen- og radioudsendelser, men ingen af metoderne lykkedes. Gennembruddet kom fra en anden teknik: astrometri, den præcise måling af stjerners positioner og små bevægelser hen over himlen over tid .

Holdet brugte Hubble-arkivdata fra oMEGACat-projektet, der spænder over mere end 20 år, suppleret med nye JWST-observationer for at forfine målingerne. Denne 23-årige basislinje var afgørende, fordi omløbstiden er i størrelsesordenen et århundrede; den lange tidsspænding gjorde det muligt for holdet at fange systemet nær periastron, hvor signalet fra det sorte hul er stærkest .

Ved at spore den synlige stjernes orbitale wobbler afslørede de tilstedeværelsen af en usynlig, massiv ledsager – et sort hul. Dette gør oMEGACat BH-2 til det første sorte hul i en kuglehob, der er opdaget via astrometri .

Hvorfor denne opdagelse er vigtig

Omega Centauri indeholder omkring 10 millioner stjerner. Dynamiske modeller forudsiger, at den burde huse omkring 10.000 stjernemasse sorte huller – resterne af de mest massive stjerner, der allerede er eksploderet som supernovaer. Men i årtier har søgninger med radialhastigheder, radio- og røntgenobservationer intet fundet, hvilket har skabt en forvirrende uoverensstemmelse mellem teori og observation .

oMEGACat BH-2 bryder endelig denne tørke. Det er det første bekræftede stjernemasse sorte hul i Omega Centauri, og det giver det første direkte bevis for, at en sådan population eksisterer .

Imidlertid kom dens masse – kun omkring 4,5 solmasser – som en overraskelse. Stjerneudviklingsmodeller for en lav-metal hob som Omega Centauri forudsiger typiske sorte hul-masser på 20–40 solmasser. Den store forskel rejser nye spørgsmål om dannelsen og fastholdelsen af sorte huller i tætte stjernehobe .

Hvad dette betyder for debatten om det mellemtunge sorte hul

I mange år har astronomer diskuteret, hvad der gemmer sig i centrum af Omega Centauri. Er det et enkelt mellemtungt sort hul (IMBH) – den længe søgte mellemting mellem stjernemasse sorte huller og supermassive sorte huller?

I 2024 leverede Hubble stærke beviser for et sådant IMBH med en masse på mindst 8.200 solmasser (og muligvis op til ~40.000 solmasser) i centrum af hoben, baseret på bevægelserne af syv hurtigt bevægende stjerner. Den nyfundne bestand af stjernemasse sorte huller modsiger ikke IMBH-tolkningen – tværtimod: Modeller forudsiger, at der både er et centralt IMBH og tusindvis af stjernemasse sorte huller fordelt i hele hoben .

Faktisk er opdagelsen af oMEGACat BH-2 en brik, der falder på plads. Den viser, at en stor population af stjernemasse sorte huller faktisk eksisterer og kan sameksistere med et mellemtungt sort hul i centrum.