Zajęło to 20 lat. Dwie dekady wpatrywania się w gęste jądro gromady Omega Centauri.
Do tej pory mroczne sekrety tej gromady pozostawały milczące.
Astronomowie w końcu odkryli to, czego nikt się nie spodziewał: pierwszą potwierdzoną czarną dziurę o masie gwiazdowej w najmasywniejszej gromadzie kulistej naszej Galaktyki.
Obiekt nazwany oMEGACat BH-2 ukrywa się na widoku. To tylko wierzchołek góry lodowej. Szacuje się, że w gromadzie kryje się około 10 000 takich obiektów, czekających na odkrycie.
Dlaczego Omega Centauri ma znaczenie
Omega Centauri to nie tylko kolejna gromada gwiazd. To jest król.
Ta „bestia”, zlokalizowana 18 000 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Centaura, ma jasność odpowiadającą 3,6 miliona mas Słońca. To czyni go najmasywniejszym układem gwiazd, jaki kiedykolwiek skatalogowano w Drodze Mlecznej.
To jest stare. Bardzo stary. Dwanaście miliardów lat.
Przy średnicy 150 lat świetlnych zawiera ponad 10 milionów gwiazd. Są gęsto upakowane, powiązane grawitacyjnie i blisko siebie. Gdybyś tam mieszkał, nocne niebo nie wyglądałoby tak jak nasze. Byłoby oślepiająco jasno. Widoczna gołym okiem na półkuli południowej gromada świeci jasnością 3,9mag.
Ale światło nie jest tutaj najważniejsze. Najważniejsze jest ciemność.
Wiedzieliśmy już, że w jej centrum znajduje się czarna dziura o masie pośredniej. Podejrzewaliśmy to od lat, korzystając z danych z Teleskopu Hubble’a. Ale co z małymi rzeczami? Gwiezdne czarne dziury? Pozostali niewidzialnymi duchami.
Przełom w astrometrii
Dlaczego za nimi tęskniliśmy?
Standardowe metody wykrywania nie zadziałały. Metoda prędkości promieniowej? Za dużo hałasu w tak zatłoczonym miejscu. Reemisje radiowe? Niezarejestrowany. Błyski rentgenowskie spowodowane akrecją materii? Nic.
Następnie zespół spróbował astrometrii.
Brzmi to technicznie trudne. Zasadniczo jest to po prostu precyzyjne śledzenie. Obserwujesz ruch gwiazd w czasie. Jeśli gwiazda wibruje – kołysze się lekko względem sąsiednich gwiazd – oznacza to, że jest przyciągana w stronę czegoś masywnego i niewidzialnego.
Doktor Matthew Whitaker i jego zespół z Uniwersytetu Utah nie tylko analizowali dane z kilku lat. Przeprowadzili dogłębną analizę archiwaliów.
Uzyskali zdjęcia z ponad 20 lat z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Następnie wyostrzyli ostrość, wykorzystując świeże dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (wspólny projekt NASA, ESA i CSA).
Wymagana precyzja była zdumiewająca. Zmierzyli ruch gwiazd w ułamkach pikseli.
„Bez tych dwóch teleskopów kosmicznych nie byłoby możliwe wykrycie tych czarnych dziur”.
Bez długiej linii bazowej Hubble’a i bystrego spojrzenia Webba sygnał zaginąłby w szumie.
oMEGACat BH-2: najwolniejsze tango we wszechświecie
W tym miejscu historia staje się dziwna.
Większość podwójnych układów czarnych dziur to szaleni tancerze. Zbiegają się spiralnie. Łączą się. Krzyczą fale grawitacyjne.
Czy to jest ten sam system? Wolno obracający się partner.
Gwiazda towarzysząca okrąża oMEGACat BH-2 raz na 94 lata.
To najdłuższy okres orbitalny, jaki kiedykolwiek zarejestrowano dla układu podwójnego czarnych dziur. System prawdopodobnie kształtował się dynamicznie. Gwiazda i czarna dziura nie zaczęły się jako para. Zderzyły się i schwytały się nawzajem w chaotycznym środowisku gromady.
Ale tu jest haczyk.
Ta konfiguracja nie jest stabilna.
Zespół obliczył, że spotkania z przelatującymi gwiazdami ostatecznie zaburzą działanie układu. Będzie trwać krócej niż miliard lat. W przypadku gromady liczącej 12 miliardów lat jest to tylko chwila. Odkryliśmy to podczas tego krótkiego, powolnego okna możliwości.
Dlaczego to jest ważne?
Poza tym, że jest nowatorskie, odkrycie to pomaga skalibrować nasze rozumienie fizyki czarnych dziur. Gromady kuliste są fabrykami syntezy jądrowej. Są głównymi źródłami zdarzeń związanych z falami grawitacyjnymi, które wykrywamy na Ziemi.
„Zrozumienie powstawania czarnych dziur i ich późniejszego dynamicznego formowania się w układy podwójne jest niezbędne, ponieważ wpływa na naszą zdolność interpretowania i rozumienia zdarzeń związanych z falami grawitacyjnymi”.
Powiedział dr Enl Seth, kolejny autor badania z Uniwersytetu Utah. Jeśli nie rozumiemy populacji tutaj, nie rozumiemy fal tam.
Sama czarna dziura okazała się lżejsza niż oczekiwano. Przypomnienie, że natura nie zawsze podąża za naszymi wzorami.
Artykuł opisujący to odkrycie został opublikowany w Astrophysical Journal Letters.
Prawdopodobnie w Omega Centauri czai się jeszcze 9 999 takich obiektów.
I wszystkie tylko czekają, aż nauczymy się wyglądać lepiej.
