Pierwsza czarna dziura o masie gwiazdowej w Omega Centauri odkryta przez teleskop Hubble’a

Masa czarnej dziury jest dobrze określona, ponieważ układ obserwowano w pobliżu peryastronu – najbliższego punktu na eliptycznej orbicie – mimo że pokryto tylko jej część .

Jak dokonano odkrycia: 23 lata żmudnej astrometrii

Dotychczasowe poszukiwania czarnych dziur w Omega Centauri opierały się na pomiarach prędkości radialnych lub na obserwacjach emisji rentgenowskiej i radiowej. Żadna z tych metod nie przyniosła rezultatu. Przełom przyniosła zupełnie inna technika: astrometria, czyli precyzyjne wyznaczanie pozycji gwiazd i ich minimalnych ruchów na niebie w długim okresie czasu .

Zespół wykorzystał dane archiwalne Hubble’a z projektu oMEGACat obejmujące ponad 20 lat, uzupełnione nowymi obserwacjami z JWST w celu doprecyzowania pomiarów. Ta 23-letnia baza czasu okazała się kluczowa, ponieważ okres orbitalny układu wynosi około stu lat. Długi czas obserwacji pozwolił zespołowi uchwycić układ w pobliżu peryastronu, gdzie sygnał orbitalny jest najsilniejszy .

Śledząc widoczne chwianie się gwiazdy na orbicie, naukowcy ujawnili obecność niewidzialnego, masywnego towarzysza – czarnej dziury. To sprawia, że oMEGACat BH-2 jest pierwszą czarną dziurą w dowolnej gromadzie kulistej odkrytą za pomocą astrometrii .

Dlaczego to odkrycie jest tak ważne

Omega Centauri zawiera około 10 milionów gwiazd. Modele dynamiczne przewidują, że powinna w niej istnieć około 10 000 czarnych dziur o masie gwiazdowej – pozostałości po najmasywniejszych gwiazdach, które niegdyś wybuchły jako supernowe. Jednak przez dekady poszukiwania za pomocą pomiarów prędkości radialnych, emisji radiowej i rentgenowskiej nie dawały rezultatów, tworząc zagadkową rozbieżność między teorią a obserwacjami .

oMEGACat BH-2 wreszcie przełamuje tę stagnację. Jest to pierwsza potwierdzona czarna dziura o masie gwiazdowej w Omega Centauri, dostarczając bezpośredniego dowodu na istnienie takiej populacji .

Jednak jej masa – zaledwie około 4,5 masy Słońca – była zaskoczeniem. Modele ewolucji gwiazd dla ubogiej w metale gromady, takiej jak Omega Centauri, przewidują typowe masy czarnych dziur na poziomie 20–40 mas Słońca. Ta ogromna różnica rodzi nowe pytania dotyczące powstawania czarnych dziur i ich utrzymywania się w gęstych gromadach gwiazd .

Co to oznacza dla debaty o czarnej dziurze o masie pośredniej

Od lat astronomowie debatują, co znajduje się w samym centrum Omega Centauri. Czy jest to pojedyncza czarna dziura o masie pośredniej (IMBH) – długo poszukiwane „brakujące ogniwo” między czarnymi dziurami gwiezdnymi a supermasywnymi – czy też zagęszczenie znacznie lżejszych czarnych dziur?