Podczas badań zapadniętego jądra gromady kulistej NGC 6397 astronomowie spodziewali się znaleźć dowody na istnienie tam czarnej dziury o masie pośredniej. Zamiast tego natknęli się na całą grupę mniejszych czarnych dziur o masie gwiazdowej. To pierwszy pomiar tego typu zbioru czarnych dziur.
Gromady kuliste to sferyczne, gęste układy gwiazd powiązanych ze sobą grawitacyjnie. W tych strukturach gwiazdy są bardzo blisko siebie, a ich koncentracja rośnie im bliżej centrum układu się znajdują. Zazwyczaj są bardzo stare, tak jak w przypadku gromady kulistej NGC 6397, której wiek naukowcy oceniają na 13,4 miliarda lat. To niewiele mniej niż sam Wszechświat.
NGC 6397 znajduje się w odległości 7800 lat świetlnych (niektóre szacunki podają 7200 lat świetlnych), co czyni ją jedną z najbliższych Ziemi gromad kulistych. Znajduje się w niej setki tysięcy gwiazd. Krążą wokół wspólnego środka ciężkości gromady, gdzie gromadzą się najmasywniejsze gwiazdy. Ich zagęszczenie wokół centrum spowodowało proces zapaści jądra. Naukowcy uważają, że w około jednej piątej gromad kulistych w Drodze Mlecznej doszło do zapaści jądra.
Kiedy Eduardo Vitral i Gary A. Mamon z Institut d’Astrophysique de Paris rozpoczęli badanie jądra NGC 6397, spodziewali się znaleźć dowody na istnienie czarnej dziury o masie pośredniej. Czarne dziury są niewidoczne dla naszych metod wykrywania dlatego, że promieniowanie elektromagnetyczne nie może uzyskać prędkości ucieczki spoza horyzontu zdarzeń. A jednak jesteśmy w stanie zlokalizować takie obiekty - na podstawie oddziaływań z otaczającą je materią oraz światłem. Wiemy, że istnieją czarne dziury, które powstały w wyniku kolapsu gwiazdy, o masach od kilku do kilkunastu mas naszego Słońca. To tzw. czarne dziur o masach gwiazdowych. Znamy też supermasywne czarne dziury, których masy zaczynają się od około 100 tys. mas naszej gwiazdy. Czarne dziury o masie pośredniej to takie, które znajdują się gdzieś pośrodku tego zakresu mas.
Tego typu czarne dziury są od dawna poszukiwanym „brakującym ogniwem” w ewolucji czarnych dziur, a samo ich istnienie jest przedmiotem gorących dyskusji, chociaż znaleziono kilku kandydatów spełniających wymagane kryteria.
Szukając nieuchwytnych czarnych dziur o masie pośredniej Vitral i Mamon przeanalizowali pozycje i prędkości gwiazd z gromady NGC 6397. Zrobili to, wykorzystując wcześniejsze szacunki ruchów gwiazd na podstawie zdjęć gromady wykonanych przez teleskop Hubble'a oraz danych dostarczonych przez obserwatorium kosmiczne Gaia, które precyzyjnie mierzy pozycje, odległości i ruchy gwiazdy. Znajomość odległości do gromady pozwoliła astronomom przełożyć ruchy tych gwiazd na prędkości.
Podczas analizy naukowcy zorientowali się, że coś jest nie tak z orbitami gwiazd w gromadzie. - Nasza analiza wykazała, że orbity gwiazd są bliskie przypadkowości w całej gromadzie kulistej, a nie systematycznie kołowe cze eliptyczne - wyjaśnił Mamon.
Dziwne orbity spowodowały dalsze odkrycia. - Znaleźliśmy bardzo mocne dowody na niewidzialną masę w gęstych, centralnych obszarach gromady, ale byliśmy zaskoczeni, że ta dodatkowa masa nie znajduje się w jednym punkcie, ale rozciąga się na całą gromadę, do kilku procent rozmiaru struktury - dodał Vitral.
Korzystając z teorii ewolucji gwiazd, naukowcy doszli do wniosku, że większość niewidocznej masy to czarne dziury o masie gwiazdowej. Już wcześniejsze badania sugerowały, że pozostałości po masywnych gwiazdach - białe karły, gwiazdy neutronowe, a w szczególności czarne dziury o masach gwiazdowych, mogą zaludniać wewnętrzne obszary gromad kulistych.
- Nasze badanie jest pierwszym, które dostarcza dowody na coś, co wydaje się być zbiorem głównie czarnych dziur w zapadniętym jądrze gromady kulistej - powiedział Vitral.
Wyniki badań ukazały się na łamach pisma "Astronomy & Astrophysics".
Źródło: ESA/Hubble, fot. ESA/Hubble, N. Bartmann
