В центре Омеги Центавра находится черная дыра средней массы

В природе черные дыры различаются по массе. Мы наблюдали звездные дыры массой от одного до нескольких десятков солнечных масс и сверхмассивные черные дыры массой в миллионы или миллиарды солнечных масс, которые находятся в центре галактик. Черные дыры промежуточной массы, с другой стороны, более неуловимы, и пока мы обнаружили лишь несколько кандидатов.

Наше нынешнее понимание галактической эволюции позволяет предположить, что самые ранние галактики должны были иметь центральные черные дыры промежуточного размера, которые бы росли со временем по мере развития галактик. Однако если галактики прекращали свой рост, например, поглощались другими галактиками, то эти черные дыры никогда не росли.

Новый кандидат в этом отношении появился в результате недавнего исследования, проведенного под руководством научного сотрудника Максимилиана Хеберле из Института астрономии Макса Планка. Исследование подтверждает то, что астрономы давно подозревали: Омега Центавра, известная нам как звездное скопление шарового типа в Млечном Пути, содержит центральную черную дыру массой 8200 солнечных масс — лучший на сегодняшний день кандидат на черную дыру средней массы.

Черная дыра была обнаружена по быстрому движению звезд в ядре скопления и укрепляет гипотезу о том, что Омега Центавра на самом деле является ядром галактики, поглощенной Млечным Путем миллиарды лет назад.

Омега Центавра: скопление или карликовая галактика?

Омега Центавра — это скопление примерно десяти миллионов звезд, видимое как размытое пятно на ночном небе из южных широт. В небольшой телескоп оно ничем не отличается от других шаровых скоплений: шарообразное и очень старое скопление звезд, настолько плотно упакованных друг с другом, что различить их по отдельности становится невозможно.

Но теперь, как уже давно предполагалось, эти новые результаты вновь ставят под сомнение природу Омеги Центавра. И намекают на то, что на самом деле она может быть ядром небольшой галактики, эволюция которой была прервана, когда Млечный Путь поглотил ее.

Высокодетальное изображение центра Омеги Центавра, полученное с помощью космического телескопа «Хаббл».

И если когда-то она была ядром галактики, которая затем слилась с нашей и потеряла все звезды, кроме центральной группы, то сгустившиеся звезды в центре Омеги Центавра и центральная черная дыра были бы «заморожены во времени»: не было бы дальнейших слияний и не было бы возможности для роста центральной черной дыры.

Черная дыра сохранилась бы в том размере, в котором она была на момент поглощения Омеги Центавра, что позволило бы увидеть недостающее звено между первыми черными дырами малой массы и последующими сверхмассивными черными дырами.

Подтверждение существования центральной черной дыры

Хеберле, поставивший перед собой цель доказать наличие черной дыры, в течение нескольких лет руководил созданием огромного каталога движения звезд в Омеге Центавра, измерив скорости 1,4 миллиона звезд и изучив более 500 снимков скопления, сделанных «Хабблом». Большинство этих снимков было сделано не для научного использования, а для калибровки приборов «Хаббла», но они оказались идеальным набором для данного исследования.

Таким образом, помимо получения наиболее полного каталога движения звезд в Омеге Центавра (статья доступна здесь), исследователи также обнаружили семь заметных быстро движущихся звезд в небольшом регионе в центре скопления.

Характеристики движения этих быстро движущихся звезд подтвердили, что их скорость обусловлена наличием концентрированной массы поблизости, в области шириной три световых месяца (три угловых секунды). На снимках видно, что в предполагаемом месте расположения этой массы нет видимого объекта, чего и следовало ожидать в присутствии черной дыры.

Слева направо: шаровое скопление Омега Центавра в целом, увеличенная версия центральной области и область в центре с выделенным положением недавно обнаруженной черной дыры среднего размера.

Предыдущие исследования уже поднимали некоторые критические вопросы о возможном наличии черной дыры в центре этого объекта. Теперь эти семь звезд подтвердили это, а также помогли оценить ее массу: она составляет не менее 8200 масс Солнца, относясь к классу черных дыр средней массы.

На расстоянии около 18 тысяч световых лет это ближайший известный пример массивной черной дыры (а не сверхмассивной, как Стрелец А*, находящейся в центре Млечного Пути на расстоянии около 27 тысяч световых лет). Данное открытие:

• Обещает разрешить споры о наличии черной дыры средней массы в Омеге Центавра.
• Предлагается лучший на сегодняшний день кандидат на черную дыру средней массы.
• Дает новые важные сведения о происхождении Омеги Центавра.

Последующие наблюдения за этими звездами в центре Омеги Центавра будут проводиться с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Кроме того, существуют будущие приборы, такие как GRAVITY+ на Очень большом телескопе ESO и MICADO на будущем Чрезвычайно большом телескопе, которые смогут определять положение звезд еще точнее, чем Хаббл.

Долгосрочная цель состоит в том, чтобы определить, как звезды ускоряются, как они искривляют свои орбиты, и проследить за их танцем вокруг черной дыры.

С полным текстом статьи, опубликованной в журнале Nature, можно ознакомиться здесь.