RW Space

Плотное скопление звезд в нескольких тысячах световых лет от нас таит в себе сюрприз. Астрономы обнаружили, что в шаровом скоплении NGC 6397 нет одной относительно крупной черной дыры, а существует скопление меньших звездной массы.

Это может не только помочь нам лучше понять формирование более крупных черных дыр, но и предполагает, что шаровые скопления могут представлять большой интерес для гравитационно-волновой астрономии, поскольку черные дыры неизбежно сближаются в направлении столкновения.

Шаровые скопления звезд часто считают «окаменелостями» ранней Вселенной. Это очень плотные сферические скопления, состоящие из примерно 100 000–1 миллиона очень старых звезд, некоторые из которых, например, NGC 6397, почти такие же старые, как сама Вселенная. В любом шаровом скоплении все его звезды образовались одновременно из одного и того же газового облака. В Млечном Пути около 150 известных шаровых скоплений.

Эти объекты являются отличным инструментом для изучения, например, истории Вселенной или содержания темной материи в галактиках, вокруг которых они вращаются. Однако в последнее время астрономы стали более внимательно рассматривать их как потенциальные дома неуловимого класса объектов — черных дыр промежуточной массы.

Как следует из названия, эти средневесы находятся между черными дырами звездной массы и сверхмассивными черными дырами, последние из которых обычно находятся в центрах галактик.

Хотя границы между черными дырами промежуточных масс и сверхмассивными черными дырами в настоящее время не очень хорошо определены, черные дыры промежуточных масс обычно считаются больше, чем типичная коллапсирующая звезда (до сотни солнечных масс), но не сверхмассивными (между миллионом и миллиардом раз больше массы, чем у типичной черной дыры).

Однако убедительных доказательств существования черных дыр промежуточной массы мало и они в значительной степени неубедительны. Теория и моделирование предполагают, что их можно найти в шаровых скоплениях, гравитационном ядре, вокруг которого сплачиваются звезды, подобно более крупным галактикам вокруг сверхмассивных черных дыр.

Свойства NGC 6397, находящейся на расстоянии около 7800 световых лет, предполагают, что в ее центре мог быть один из этих средневесов.

Поскольку мы не можем видеть черные дыры (потому что они не испускают какого-либо обнаруживаемого излучения), астрономы внимательно изучили орбиты звезд в скоплении, основываясь на данных телескопа Хаббл, чтобы увидеть, указывают ли они на черные дыры промежуточной массы.

«Мы нашли очень убедительные доказательства наличия невидимой массы в плотном ядре шарового скопления, — сказал астроном Эдуардо Витраль из Парижского института астрофизики во Франции, — но мы были удивлены, обнаружив, что эта дополнительная масса не является точечной. Как этого можно было ожидать от одиночной массивной черной дыры, а простиралась до нескольких процентов от размера скопления».

Мертвые звезды, такие как белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры, более плотные, чем звезды главной последовательности, поэтому они движутся внутрь, отправляя более легкие звезды наружу.

«Мы использовали теорию звездной эволюции, чтобы сделать вывод, что большая часть обнаруженной нами дополнительной массы была в форме черных дыр», — сказал астроном Гэри Мамон из Парижского института астрофизики.

«Наше исследование является первым, в котором представлены как масса, так и размер того, что кажется скоплением в основном черных дыр в центре шарового скопления со сжатым ядром», — сказал Витрал.

Поскольку объекты будут продолжать опускаться к центру кластера, команда полагает, что в конечном итоге они начнут спирально переходить друг в друга и сливаться. В конце концов — через очень, очень долгое время — это может привести к возникновению сверхмассивной черной дыры.

Более того, этот продолжающийся процесс предполагает, что ядра таких скоплений могут быть очень важны для гравитационно-волновой астрономии. Поскольку они так плотно упакованы, процессы должны быть ускорены, а это значит, что мы могли бы изучить эти регионы как для изучения условий, предшествующих слиянию, так и для того, чтобы попытаться упредить гравитационные волновые события, которые произойдут при слиянии черных дыр.

Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.