Учёные впервые нашли чёрную дыру звёздной массы в древнем шаровом скоплении

Астрономы впервые обнаружили чёрную дыру звёздной массы в одном из крупнейших шаровых скоплений нашей галактики — Омега Центавра. Открытие было сделано благодаря многолетним наблюдениям космического телескопа «Хаббл» и дополнительным данным телескопа «Джеймс Уэбб».

Шаровое скопление Омега Центавра десятилетиями оставалось загадкой для учёных. Оно содержит около 10 миллионов звёзд, связанных общей гравитацией, и по современным моделям должно включать тысячи чёрных дыр, оставшихся после взрывов массивных звёзд.

Однако обнаружить эти объекты долгое время не удавалось. Предыдущие поиски основывались в основном на измерении скорости движения звёзд или на поиске рентгеновского и радиоизлучения от вещества, падающего на чёрные дыры.

Новая работа использовала другой метод — астрометрию, позволяющую отслеживать мельчайшие изменения положения звёзд на небе. Исследователи изучили более 20 лет архивных данных «Хаббла» и объединили их с новыми наблюдениями «Уэбба», что позволило выявить невидимый массивный объект по движению окружающей его звезды.

Обнаруженная система получила название oMEGACat BH-2. Она состоит из чёрной дыры и обычной звезды-компаньона, расположенной примерно в 18 тысячах световых лет от Земли в плотной области Омеги Центавра.

Астрономы установили, что невидимый объект имеет массу около 4,46 массы Солнца. Это слишком много для нейтронной звезды, поэтому исследователи пришли к выводу, что перед ними именно чёрная дыра звёздной массы.

Ранее другая группа учёных предполагала, что этот объект может быть нейтронной звездой. Однако более точные измерения движения звезды с использованием данных «Хаббла» за период с 2002 по 2023 год и инфракрасных наблюдений «Уэбба» позволили исключить такой вариант.

Необычным оказалось то, что масса этой чёрной дыры меньше, чем ожидалось для условий Омеги Центавра. Это скопление содержит мало тяжёлых элементов, а модели формирования звёзд предсказывали, что в такой среде должны появляться более массивные чёрные дыры.

Учёные считают, что открытие поможет лучше понять, как формируются чёрные дыры в древних звёздных скоплениях и каким образом они объединяются в двойные системы. Такие системы особенно важны для изучения гравитационных волн, возникающих при слиянии чёрных дыр.

Исследователи также выяснили, что система oMEGACat BH-2 является необычно широкой. Звезда-компаньон обращается вокруг чёрной дыры примерно за 94 года, что делает эту пару самой долгопериодической известной двойной системой с чёрной дырой.

Длинный период обращения указывает на необычное происхождение системы. Вероятно, звезда и чёрная дыра не образовались вместе, а встретились позднее в плотной среде шарового скопления и были захвачены взаимной гравитацией.

Однако такая система существует недолго по космическим меркам. Расчёты показывают, что менее чем через миллиард лет взаимодействия с другими звёздами могут разрушить эту пару, хотя возраст самого Омеги Центавра составляет около 12 миллиардов лет.

Учёные отмечают, что обнаружение oMEGACat BH-2 является только началом поиска скрытой популяции чёрных дыр в шаровых скоплениях. Новые наблюдения «Хаббла» и «Уэбба» могут помочь найти подобные системы и в других регионах.

В будущем исследователи также рассчитывают использовать космический телескоп имени Нэнси Грейс Роман, который сможет регулярно наблюдать плотные области нашей галактики с высоким разрешением. Это позволит расширить поиск двойных систем с чёрными дырами и лучше понять их роль в эволюции Вселенной.

Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.