Изучая ядро шарового скопления NGC 6397, астрономы ожидали найти доказательства наличия там черной дыры промежуточных масс. Вместо этого они наткнулись на целое скопление меньших черных дыр звездной массы. Это первое обнаружение кластера черных дыр такого типа сбора.
Шаровые скопления представляют собой сферические плотные системы звезд, которые гравитационно связаны друг с другом. В этих структурах звезды расположены очень близко друг к другу, и их концентрация увеличивается по мере приближения к центру системы. Обычно они очень старые, например шаровое скопление NGC 6397, возраст которого, по оценкам ученых, составляет 13,4 миллиарда лет. Это немного меньше, чем сама Вселенная.
Шаровое скопление NGC 6397
NGC 6397 находится на расстоянии 7800 световых лет (по некоторым оценкам - 7200 световых лет), что делает ее одним из ближайших к Земле шаровых скоплений. В нем сотни тысяч звезд. Они вращаются вокруг общего центра тяжести скопления, где собираются самые массивные звезды. Их утолщение вокруг центра вызвало процесс коллапса ядра. Ученые считают, что примерно у одной пятой шаровых скоплений в Млечном Пути произошло коллапс ядра.
Когда Эдуардо Витраль и Гэри А. Мамон из Института астрофизики Парижа начали изучать ядро NGC 6397, они ожидали найти доказательства существования черной дыры промежуточной массы. Черные дыры невидимы для наших методов обнаружения, потому что электромагнитное излучение не может покинуть горизонта событий. И все же мы можем обнаруживать такие объекты на основе взаимодействия с окружающей материей и светом. Мы знаем, что существуют черные дыры, образовавшиеся в результате коллапса звезды, с массами от нескольких до нескольких десятков масс нашего Солнца. Такие объекты называются черными дырами со звездными массами. Мы также знаем о сверхмассивных черных дырах с массами от 100000 масс нашей звезды. Черные дыры средней массы - это те, которые лежат где-то в середине этого диапазона масс.
Эти типы черных дыр были давно искомым «недостающим звеном» в эволюции черных дыр, и само их существование горячо обсуждается, хотя было выявлено несколько кандидатов, отвечающих требуемым критериям.
Концентрация черных дыр
В поисках неуловимых черных дыр промежуточной массы Витрал и Мамон проанализировали положения и скорости звезд в скоплении NGC 6397. Они сделали это, используя предыдущие оценки движений звезды на основе изображений скопления сделанных "Хабблом" и данных, предоставленных космической обсерваторией "Гайа", которая точно измеряет положения, расстояния и движения звезды. Знание расстояния до скопления позволило астрономам перевести движение этих звезд в скорость.
В ходе анализа ученые поняли, что же не так с орбитами звезд в скоплении. «Наш анализ показал, что орбиты звезд во всем шаровом скоплении близки к случайным, а не систематически круглым эллиптическим», - пояснил Мамон.
Странные орбиты стали причиной дальнейших открытий. «Мы нашли очень убедительные доказательства невидимой массы в плотных центральных областях скопления, но мы были удивлены, что эта дополнительная масса не находится в одной точке, а распространяется по всему скоплению, вплоть до нескольких процентов от размера структуры», - обавлен Vitral.
Используя теорию звездной эволюции, ученые пришли к выводу, что большая часть невидимой массы - это черные дыры звездной массы. Предыдущие исследования уже показали, что остатки массивных звезд - белые карлики, нейтронные звезды и, в частности, черные дыры звездной массы - могут заселять внутренние области шаровых скоплений.
«Наше исследование - первое, которое предоставило доказательства того, что, по всей видимости, представляет собой скопление в основном из черных дыр в коллапсированном ядре шарового скопления», - сказал Витрал.
Результаты исследования опубликованы в журнале «Астрономия и астрофизика».
Источник: ESA / Hubble
