Το τεράστιο σφαιρωτό αστρικό σμήνος Ωμέγα του Κενταύρου αποτελεί εδώ και δεκαετίες ένα αίνιγμα για τους αστρονόμους. Σύμφωνα με τις θεωρίες, θα έπρεπε να περιέχει χιλιάδες μαύρες τρύπες που δημιουργήθηκαν από τις εκρήξεις μαζικών άστρων, όμως μέχρι σήμερα υπήρχαν ελάχιστες ενδείξεις για την ύπαρξή τους. Τώρα, αστρονόμοι που αξιοποίησαν αρχειακά δεδομένα του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, σε συνδυασμό με συμπληρωματικές παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb, κατάφεραν επιτέλους να εντοπίσουν την πρώτη μαύρη τρύπα αστρικής μάζας μέσα στο σμήνος. Η ανακάλυψη της πρώτης εκπροσώπου αυτού του «χαμένου» πληθυσμού μαύρων τρυπών θα συμβάλει στη βελτίωση των θεωριών για τον σχηματισμό τους σε περιβάλλοντα όπως το Ωμέγα του Κενταύρου.
Το Ωμέγα του Κενταύρου (NGC 5139) αποτελείται από περίπου 10 εκατομμύρια αστέρες, οι οποίοι συγκρατούνται μεταξύ τους από τη βαρύτητα. Αν και η αστρονομική κοινότητα είχε ήδη βρει, με τη βοήθεια του Hubble, ενδείξεις για την ύπαρξη μιας μαύρης τρύπας ενδιάμεσης μάζας στο κέντρο του σμήνους, τα θεωρητικά μοντέλα προβλέπουν ότι το σμήνος θα πρέπει να φιλοξενεί περίπου 10.000 μικρότερες μαύρες τρύπες αστρικής μάζας. Ωστόσο, αυτός ο σημαντικός πληθυσμός είχε διαφύγει της ανίχνευσης σε προηγούμενες έρευνες, οι οποίες βασίζονταν είτε στη μέθοδο της ακτινικής ταχύτητας είτε στην αναζήτηση ραδιοφωνικής και ακτινοβολίας Χ που παράγεται όταν ύλη πέφτει πάνω στις μαύρες τρύπες.
Η νέα μελέτη ακολούθησε μια διαφορετική προσέγγιση, γνωστή ως αστρομετρία, η οποία επιτρέπει τη μέτρηση των εξαιρετικά μικρών μετακινήσεων των άστρων με την πάροδο του χρόνου. Αναλύοντας περισσότερα από 20 χρόνια αρχειακών παρατηρήσεων του Hubble και συνδυάζοντάς τα με πρόσφατα δεδομένα του Webb, ώστε να βελτιωθεί ακόμη περισσότερο η ακρίβεια των αστρομετρικών μετρήσεων, η ερευνητική ομάδα εντόπισε ένα άστρο που περιφέρεται γύρω από ένα αόρατο αντικείμενο τόσο μεγάλης μάζας, ώστε δεν μπορεί να είναι τίποτε άλλο παρά μια μαύρη τρύπα.
Η νέα μαύρη τρύπα, που ονομάστηκε oMEGACat BH-2, είναι η πρώτη μαύρη τρύπα αστρικής μάζας που ανιχνεύεται στο Ωμέγα του Κενταύρου και παρουσιάζει ορισμένα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά. Διαθέτει μικρότερη μάζα από την αναμενόμενη, ενώ μαζί με το ορατό συνοδό άστρο της σχηματίζει ένα δυαδικό σύστημα με τη μεγαλύτερη περίοδο περιφοράς που έχει καταγραφεί μέχρι σήμερα για δυαδικό σύστημα μαύρης τρύπας.
Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό The Astrophysical Journal Letters.
«Με τα δεδομένα των Hubble και Webb μπορέσαμε να παρακολουθήσουμε την κίνηση του ορατού άστρου της κύριας ακολουθίας, το οποίο αποτελεί μέλος του δυαδικού συστήματος και βρίσκεται περίπου 18.000 έτη φωτός μακριά, μέσα στο πυκνό περιβάλλον του Ωμέγα του Κενταύρου», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Matthew Whitaker από το Πανεπιστήμιο της Γιούτα στις Ηνωμένες Πολιτείες. «Η ακρίβεια αυτών των μετρήσεων είναι πραγματικά εντυπωσιακή, φτάνοντας σε κλάσματα του εικονοστοιχείου (pixel) στους ανιχνευτές των δύο τηλεσκοπίων. Χωρίς τα δύο διαστημικά τηλεσκόπια, η ανακάλυψη της μαύρης τρύπας δεν θα ήταν δυνατή.»
Η νέα ανάλυση αναθεωρεί τα συμπεράσματα προηγούμενης μελέτης άλλης ερευνητικής ομάδας, σύμφωνα με την οποία το συγκεκριμένο δυαδικό σύστημα περιείχε έναν αστέρα νετρονίων. Επεκτείνοντας τα δεδομένα του Hubble ώστε να καλύπτουν την περίοδο 2002–2023 και συνδυάζοντάς τα με παρατηρήσεις του Webb στο εγγύς υπέρυθρο, οι ερευνητές πέτυχαν σημαντικά μεγαλύτερη ακρίβεια στον υπολογισμό της μάζας του αόρατου συνοδού, αποκλείοντας πλέον το ενδεχόμενο να πρόκειται για αστέρα νετρονίων.
«Γνωρίζαμε ήδη ότι το ορατό άστρο έχει μάζα ίση με 0,78 φορές τη μάζα του Ήλιου, όμως τώρα μπορούμε να υπολογίσουμε ότι η μαύρη τρύπα έχει μάζα 4,46 ηλιακών μαζών, γεγονός που την καθιστά υπερβολικά βαριά για να είναι αστέρας νετρονίων. Ωστόσο, η μάζα της είναι επίσης σημαντικά μικρότερη από αυτή που θα αναμενόταν σε ένα περιβάλλον φτωχό σε βαρέα στοιχεία, όπως το Ωμέγα του Κενταύρου. Αυτό είναι ιδιαίτερα απρόσμενο αλλά και συναρπαστικό», δήλωσε ο Anil Seth, συν-συγγραφέας της μελέτης από το Πανεπιστήμιο της Γιούτα. «Πλέον γνωρίζουμε ότι ακόμη και ένα άστρο φτωχό σε μέταλλα μπορεί να δημιουργήσει μια τέτοια μαύρη τρύπα. Το επόμενο βήμα είναι να κατανοήσουμε πώς ακριβώς συμβαίνει αυτό. Η ανακάλυψη προσφέρει πολύτιμα δεδομένα σε όσους αναπτύσσουν σχετικά θεωρητικά μοντέλα.»
Μια ανακάλυψη που άργησε να έρθει
Χάρη στην εξαιρετική ακρίβεια των δεδομένων των Hubble και Webb, οι επιστήμονες μπόρεσαν να χαρτογραφήσουν την τροχιά του άστρου για περισσότερα από 20 χρόνια, μια περίοδο που συνέπεσε ευτυχώς με το πλησιέστερο σημείο της τροχιάς του γύρω από τη μαύρη τρύπα, όπου η κίνησή του στον ουρανό ήταν ταχύτερη. Από την ανάλυση προέκυψε ότι το άστρο ολοκληρώνει μία πλήρη περιφορά γύρω από την oMEGACat BH-2 κάθε 94 χρόνια, γεγονός που καθιστά το σύστημα, το δυαδικό σύστημα που αποτελείται από μια μαύρη τρύπα και ένα άστρο με τη μεγαλύτερη περίοδο περιφοράς που έχει καταγραφεί μέχρι σήμερα.
Η τόσο μεγάλη τροχιακή περίοδος προσφέρει επίσης σημαντικές ενδείξεις για την προέλευση του συστήματος. Πιθανότατα σχηματίστηκε δυναμικά, δηλαδή το άστρο και η μαύρη τρύπα δεν γεννήθηκαν μαζί ως ζεύγος, αλλά συναντήθηκαν αργότερα μέσα στο πυκνό περιβάλλον του σμήνους. Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι ένα σύστημα όπως το oMEGACat BH-2 θα επιβιώσει για λιγότερο από ένα δισεκατομμύριο χρόνια, πριν διαλυθεί εξαιτίας βαρυτικών αλληλεπιδράσεων με γειτονικά άστρα. Το χρονικό αυτό διάστημα είναι πολύ μικρότερο από την ηλικία του ίδιου του σμήνους, η οποία εκτιμάται σε περίπου 12 δισεκατομμύρια χρόνια.
«Η κατανόηση των πληθυσμών μαύρων τρυπών στα σφαιρωτά σμήνη είναι ιδιαίτερα σημαντική, επειδή εξακολουθούν να υπάρχουν αβεβαιότητες σχετικά με τη φυσική τους και τον τρόπο σχηματισμού τους», εξήγησε ο Seth. «Ειδικότερα, η κατανόηση του σχηματισμού των μαύρων τρυπών και της δυναμικής δημιουργίας δυαδικών συστημάτων είναι καθοριστική, επειδή επηρεάζει την ικανότητά μας να ερμηνεύουμε τα γεγονότα βαρυτικών κυμάτων. Περιβάλλοντα όπως το Ωμέγα του Κενταύρου θεωρούνται οι κυριότεροι τόποι όπου τέτοια δυαδικά συστήματα συγχωνεύονται και παράγουν βαρυτικά κύματα.»
Ο Όμιλος Φίλων Αστρονομίας στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης: facebook, instagram, x, tiktok, youtube
Η ανακάλυψη της μαύρης τρύπας αστρικής μάζας oMEGACat BH-2 με τα συνδυασμένα δεδομένα των Hubble και Webb αποτελεί μόνο την αρχή της αναζήτησης αυτού του, μέχρι σήμερα άπιαστου, πληθυσμού μαύρων τρυπών στα σφαιρωτά αστρικά σμήνη.
«Η νέα ανακάλυψη αναδεικνύει την τεράστια επιστημονική αξία του αρχείου δεδομένων του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Hubble», δήλωσε ο Maximilian Häberle, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο (ESO), ο οποίος ηγήθηκε της επεξεργασίας των δεδομένων των Hubble και Webb. «Πρόκειται για τη δεύτερη σημαντική ανακάλυψη που προκύπτει από τη νέα αστρομετρική ανάλυση του προγράμματος oMEGACat, μετά την επιβεβαίωση της ύπαρξης της μαύρης τρύπας ενδιάμεσης μάζας στο Ωμέγα του Κενταύρου.»
https://esahubble.org/news/heic2610
Η δημοσίευση στο The Astrophysical Journal Letters