Астрономы нашли гигантское скопление маленьких черных дыр

Плотное скопление звезд в нескольких тысячах световых лет от нас таит в себе сюрприз. Астрономы обнаружили, что шаровое скопление NGC 6397 окружено не одной относительно крупной черной дырой, а скоплением меньших дыр 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 сталкиваются при сближении.

Шаровые скопления звезд часто считают “окаменелостями“ ранней Вселенной. Это очень плотные сферические скопления, состоящие примерно из 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 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 в миллион и в миллиард раз больше массы, чем у типичной звездной 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, как и большие галактики 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 Хаббла за годы, чтобы увидеть, указывают ли они на промежуточное массовая черная дыра.

“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. '(этого можно было ожидать от одиночной массивной черной дыры), но простиралась до нескольких процентов от размера скопления“.

Это согласуется с типом сопротивления, известным как динамическое трение, при котором объекты в кластере обмениваются импульсом, посылая более плотные и массивные объекты к ядру, а менее массивные - к окраинам.

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 дополнительной массы, которую мы обнаружили, была в форме черных дыр“, - сказал астроном Гэри Мамон из Парижского института астрофизики.

Это также согласуется с двумя недавними статьями, в которых было обнаружено, что вместо черных дыр промежуточных масс популяции черных дыр звездных масс могут населять центральные области шаровых скоплений. Теперь эти выводы подтверждены.