HST objevil černou díru uvnitř kulové hvězdokupy Omega Centauri

Kulová hvězdokupa Omega Centauri mátla astronomy po celá desetiletí. Měla by být vyplněna černými dírami, které po sobě zanechaly explodující hvězdy, ale důkazů o jejich existenci je málo. Nyní astronomové s využitím archivních dat z Hubbleova vesmírného dalekohledu HST a podpůrných pozorování z James Webb Space Telescope JWST konečně lokalizovali první černou díru o hvězdné hmotnosti v této hvězdokupě. Objev první z této chybějící populace černých děr pomůže upřesnit současné teorie o vzniku černých děr v prostředích, jako je Omega Centauri.

Omega Centauri se skládá z 10 milionů gravitačně vázaných hvězd. Ačkoliv astronomická komunita již dříve pomocí HST nalezla důkazy o tom, že se v jejím středu skrývá černá díra střední hmotnosti, modely naznačují, že by tato hvězdokupa měla obsahovat asi 10 000 menších černých děr o hmotnosti hvězdy. Tato pozoruhodná populace černých děr se v předchozích studiích, které používaly metodu měření radiální rychlosti nebo hledaly rádiové a rentgenové záření z materiálu dopadajícího na černé díry, vyhnula detekci.

Nový objev využívá odlišný přístup, známý jako astrometrie, k měření velmi malých pohybů hvězd v čase. Prozkoumáním více než 20 let archivních dat z Hubbleova teleskopu a využitím nedávných dat z teleskopu JWST pro další zpřesnění astrometrických měření tým lokalizoval hvězdu obíhající kolem neviditelného objektu tak masivního, že se musí jednat o černou díru. Hvězda s názvem oMEGACat BH-2 je první detekovanou černou dírou o hvězdné hmotnosti ve hvězdokupě Omega Centauri a má některé překvapivé vlastnosti. Má nižší než očekávanou hmotnost a spolu se svým viditelným hvězdným společníkem má toto duo černé díry a hvězdy nejdelší oběžnou dobu ze všech dosud známých binárních systémů s černou dírou.

Zjištění týmu byla publikována v časopise The Astrophysical Journal Letters.

„Díky datům z HST a JWST jsme byli schopni pozorovat pohyb hvězdy hlavní posloupnosti, která je součástí této dvojhvězdy a je vzdálena asi 18 000 světelných let v hustém prostředí Omega Centauri,“ uvedl hlavní autor článku Matthew Whitaker z University of Utah v Salt Lake City ve Spojených státech. „Přesnost těchto měření je neuvěřitelná, až na zlomek pixelu na detektorech Hubbleova a Webbova teleskopu. Bez těchto dvou vesmírných dalekohledů by tuto černou díru nebylo možné najít.“

Zjištění týmu upřesňují dřívější studii jiné skupiny vědců, která naznačovala, že tento binární systém obsahuje neutronovou hvězdu. Rozšířením analyzovaných dat z Hubbleova teleskopu tak, aby zahrnovala astrometrická měření z let 2002 až 2023, a přidáním dat z blízké infračervené oblasti spektroskopie Webbova teleskopu pro zvýšení přesnosti, byl tým vedený univerzitou v Utahu schopen lépe omezit hmotnost temného společníka viditelné hvězdy a vyloučit možnost neutronové hvězdy.

„Zatímco jsme již věděli, že hvězda má hmotnost 0,78 hmotnosti Slunce, nyní můžeme vypočítat hmotnost černé díry, která je 4,46 hmotností Slunce, a proto je příliš těžká na to, aby se jednalo o neutronovou hvězdu. Její hmotnost je však ve skutečnosti mnohem nižší, než by se dalo očekávat v prostředí chudém na kovy, jako je Omega Centauri. To je překvapivé a vzrušující,“ řekl Anil Seth z univerzity v Utahu a spoluautor studie. „Nyní víme, že hvězda chudá na kovy by měla být schopna vytvořit takovou černou díru, a musíme zjistit, jak se to děje. Tato detekce poskytuje určitá data těm, kteří se zabývají tímto druhem modelování.“

Na základě přesných dat z Hubbleova dalekohledu a Webbova teleskopu mohl tým zmapovat dráhu hvězdy za více než 20 let, což naštěstí proběhlo během jejího největšího přiblížení k černé díře, kdy se hvězda pohybovala po obloze nejrychleji. Z rozsáhlých dat tým určil, že viditelná hvězda oběhne kolem oMEGACat BH-2 jednou za 94 let, což z ní činí dvojhvězdu s černou dírou s nejdelší známou oběžnou periodou.

Její dlouhá oběžná doba také naznačuje původ této dvojhvězdy. Pravděpodobně se dynamicky formovala, což znamená, že hvězda a její černá díra nezačaly společně, ale spíše se obě nacházely v této hvězdokupě. Vědci vypočítali, že systém jako oMEGACat BH-2 přežije méně než miliardu let, než bude roztržen setkáními s blízkými hvězdami, což je mnohem méně než stáří hvězdokupy (přibližně 12 miliard let).

Zdroj: https://esahubble.org/news/heic2610/?lang

autor: František Martinek