Hubble наконец нашёл первую чёрную дыру звёздной массы в Омеге Центавра: знакомьтесь, oMEGACat BH-2

Масса определена достаточно точно, так как система наблюдалась вблизи периастра — ближайшей точки эллиптической орбиты, хотя удалось проследить лишь часть орбиты .

Как её обнаружили: 23 года кропотливой астрометрии

Прежние поиски чёрных дыр в Омеге Центавра основывались на измерениях лучевых скоростей или на поиске рентгеновского и радиоизлучения — и ни один метод не сработал. Прорыв произошёл благодаря другому подходу: астрометрии, то есть прецизионному измерению положений звёзд и их крошечных перемещений по небу со временем .

Команда использовала архивные данные Hubble, собранные в рамках проекта oMEGACat за более чем 20 лет, а также привлекла новые наблюдения JWST для уточнения измерений. Этот 23-летний временной промежуток оказался решающим: орбитальный период системы измеряется примерно столетием, и столь длинный ряд наблюдений позволил застать систему вблизи периастра, где орбитальный сигнал наиболее силён .

Отслеживая колебания видимой звезды, исследователи выявили присутствие невидимого массивного компаньона — чёрной дыры. Таким образом, oMEGACat BH-2 стала первой чёрной дырой в любом шаровом скоплении, обнаруженной с помощью астрометрии .

Почему это открытие так важно

Омега Центавра содержит примерно 10 миллионов звёзд. Согласно динамическим моделям, в ней должно находиться около 10 000 чёрных дыр звёздной массы — остатков наиболее массивных звёзд, уже взорвавшихся сверхновыми. Однако десятилетия поисков с помощью лучевых скоростей, радио- и рентгеновских наблюдений не давали результата, создавая загадочное расхождение между теорией и наблюдениями .

oMEGACat BH-2 наконец разорвала этот круг. Это первая подтверждённая чёрная дыра звёздной массы в Омеге Центавра, предоставившая прямое доказательство существования такой популяции .

Однако её масса — всего около 4,5 масс Солнца — стала неожиданностью. Модели звёздной эволюции для скопления с низкой металличностью, подобного Омеге Центавра, предсказывают типичную массу чёрных дыр в 20–40 солнечных. Огромная разница ставит новые вопросы о формировании чёрных дыр и их удержании в плотных звёздных скоплениях .

Что это значит для дискуссии о чёрной дыре промежуточной массы

В течение многих лет астрономы спорили о том, что находится в самом центре Омеги Центавра. Единая чёрная дыра промежуточной массы (IMBH) — или же центральная масса объясняется плотным скоплением чёрных дыр звёздной массы?

В 2024 году Hubble представил убедительные доказательства существования IMBH массой не менее ~8 200 масс Солнца (и, возможно, до ~40 000 масс Солнца) в самом центре скопления; эти выводы основаны на движении семи быстрых звёзд .

Обнаружение чёрных дыр звёздной массы, таких как oMEGACat BH-2, не противоречит интерпретации с IMBH — модели предсказывают сосуществование обоих типов: центральной IMBH плюс тысяч чёрных дыр звёздной массы, распределённых по всему скоплению.

Более того, эта находка помогает снять напряжение: она показывает, что большая популяция чёрных дыр звёздной массы действительно существует, однако центральные быстрые звёзды по-прежнему требуют наличия единого массивного объекта (IMBH), а не могут быть объяснены скоплением более лёгких дыр .

Коротко говоря, oMEGACat BH-2 — это первое прямое доказательство долгожданной «недостающей» популяции чёрных дыр звёздной массы в Омеге Центавра, и она сосуществует с независимо обнаруженной чёрной дырой промежуточной массы в центре скопления.