Poznaliśmy najbliższą masywną czarną dziurę. Znajduje się w gromadzie Omega Centauri

[KopalniaWiedzy.pl 358]

Badania szybko poruszających się gwiazd w gromadzie Omega Centauri dostarczyły dowodów, że w centrum gromady znajduje się czarna dziura. Jej masę oszacowano na 8200 mas Słońca, co nie tylko wskazuje, że należy ona do czarnych dziur o średniej masie, ale również, że jest najbliższą nam masywną czarną dziurą. Omega Centauri znajduje się bowiem w odległości około 18 000 lat świetlnych od Ziemi.

Omega Centauri to nagromadzenie około 10 milionów gwiazd, które widać na półkuli południowej jako smugę. Wygląda jak typowa gromada kulista, ale teraz Maximilian Häberle z Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka potwierdził to, co od pewnego czasu podejrzewano – Omega Centauri posiada czarną dziurę o średniej masie. Stanowiłaby więc ona element pośredni pomiędzy gwiazdowymi czarnymi dziurami (o masie kilkudziesięciu mas Słońca), a supermasywnymi czarnymi dziurami, których masa jest może być miliardy razy większa od masy Słońca.

Pierwsza wzmiankę o Omega Centauri u Klaudiusza Ptolemeusza, który 1900 lat temu uznał ją za gwiazdę. W 1677 roku Edmond Halley stwierdził, że to mgławica, a w latach 30. XIX wieku John Herschel jako pierwszy prawidłowo rozpoznał w niej gromadę gwiazd. 

Badacze uważają, że Omega Centauri to rdzeń niewielkiej galaktyki, której ewolucja została gwałtownie przerwana, gdy wchłonęła ją Droga Mleczna. A czarna dziura w jej centrum może być interesującym obiektem badań, który poszerzy naszą wiedzę o kosmosie. Czarne dziury o pośredniej masie są bardzo trudne do znalezienia. Duże galaktyki, jak Droga Mleczna, zawierają supermasywne czarne dziury. Z kolei galaktyki karłowate trudno jest obserwować. Dla współczesnych instrumentów obserwacja ich centralnych części to prawdziwe wyzwanie. Obecna praca dostarcza najsilniejszych dowodów na ich istnienie.
Gdy Omega Centauri została wchłonięta przez Drogę Mleczną, z niewielkiej galaktyki pozostał tylko jej rdzeń. Reszttę gwiazd zabrała jej nasza galaktyka. Omega Centauri została więc „zamrożona w czasie”. Nie połączy się już z żadną inną galaktyką, żadnej nie wchłonie, jej czarna dziura nie ma jak rosnąć.

Przed pięcioma laty Nadine Neumayer z Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka i Anil Seth z University of Utah, stworzyli projekt badawczy, którego celem było lepsze zrozumienie ewolucji Omega Centauri. Stwierdzili, że jeśli uda się odnaleźć w centrum gromady szybko poruszającą się gwiazdę, krążącą wokół czarnej dziury, będzie to dowód na istnienie dziury. Zadania podjął się doktorant Maximilian Häberle. Wraz z zespołem zaczął tworzyć katalog ruchu gwiazd w gromadzie. Uczeni mierzyli prędkości 1,4 miliona gwiazd widocznych na ponad 500 zdjęciach wykonanych przez Teleskop Hubble'a. Co prawda większość z tych fotografii zrobiono na potrzeby kalibracji instrumentów mikroskopu, ale okazały się wyjątkowo użyteczne.

Efektem pracy zespołu Häberle jest nie tylko największy katalog ruchu gwiazd w Omega Centauri. Uczeni znaleźli nie jedną, a aż 7 gwiazd, które w szybkim tempie okrążają niewielki obszar w centrum klastra. Te gwiazdy są tak szybkie, gdyż poruszają się w pobliżu dużej skoncentrowanej masy. Gdyby odkryli tylko 1 gwiazdę, nie byłoby wiadomo, czy porusza się ona szybko dlatego, że masa, wokół której krąży, jest tak duża, czy dlatego, że gwiazda jest tak blisko centrum masy. Jednak 7 gwiazd o różnych prędkościach i orbitach pozwoliło na obliczenie, że poruszają się one wokół obiektu o masie co najmniej 8200 mas Słońca. Na obrazach nie widać żadnego takiego obiektu, mamy więc do czynienia z czarną dziurą. Co więcej, gdyby odkryto 1 taką gwiazdę, nie można by być nawet pewnym, że należy ona do Omega Centauri. Mogła to być gwiazda, która przypadkiem – z naszego punktu widzenia – przechodzi właśnie dokładnie za lub dokładnie przed centrum gromady. Obecność 7 gwiazd wskazuje, że nie mamy tu do czynienia z przypadkiem, a zdarzenie takie wyjaśnia tylko obecność czarnej dziury.

Autorzy obecnych badań zlokalizowali centralny region Omega Centauri z dokładnością do trzech sekund łuku. Jednak nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa. Chcą bowiem bardziej dokładnie zbadać centrum gromady. Udało im się zarezerwować czas obserwacyjny na Teleskopie Webba oraz dwóch przyszłych instrumentów badawczych – GRAVITY+ na Very Large Telescope i MICADO na Extremely Large Telescope. Chcą dzięki temu jeszcze bardziej precyzyjnie określić pozycję badanych gwiazd, ich przyspieszenie i orbitę. Przyszłe pokolenia astronomów będą zaś mogły śledzić wspomniane gwiazdy na całej ich orbicie. Okrążają one bowiem czarną dziurę w czasie ponad 100 lat. Gwiazdy krążące wokół supermasywnej Sagittarius A* w centrum Drogi Mlecznej obiegają ją nawet w ciągu kilkunastu lat. Czarna dziura w Omega Centauri  ma znacznie mniejszą masę, więc i prędkość krążących gwiazd jest mniejsza, przez co okres orbitalny jest dłuższy.

« powrót do artykułu