Prohrabáním dvou a půl desetiletí snímků z archivů Hubbleova vesmírného dalekohledu mohli astrofyzici objevit důkazy o blízké černé díře, která by mohla být nejméně 8200krát hmotnější než Slunce.

Pokud další studie mohou potvrdit výsledky, bude objekt druhou největší černou dírou nalezenou v naší galaxii. Mohl by být také nejsilnějším uchazečem o přechodnou černou díru – objekt v tajemné „zemi nikoho“ mezi „supermasivními“ černými dírami, o nichž se předpokládá, že leží ve středu většiny galaxií a mnohem menších, které váží asi tolik jako jedna velká hvězda.

Rychle se pohybující hvězdy

Astrofyzik Maximilian Häberle z Institutu Maxe Plancka pro astronomii v Heidelbergu v Německu a jeho spolupracovníci prozkoumali více než 500 snímků ω Centauri, husté hvězdokupy s 10 miliony hvězd asi 18 000 světelných let (5,43 kiloparseků) od sluneční soustavy. Snímky byly pořízeny především pro kalibraci přístrojů Hubbleova teleskopu v průběhu let.

Tým spojil snímky dohromady, aby rekonstruoval pohyb více než 150 000 hvězd v kupě. Většina hvězd se pohybovala tak, jak předpovídají teoretické modely, říká Häberle. "Ale pak byli někteří, kteří postupovali rychleji." Sedm hvězd, všechny blízko středu ω Centauri, se pohybovalo příliš rychle, než aby je udržela samotná gravitace kupy.

To naznačuje, že hvězdy byly urychleny gravitační silou masivního objektu, jako je černá díra. Z rychlostí hvězd by musel vážit alespoň 8 200 hmotností Slunce, ale mohl by vážit až 50 000 sluncí. „Dopředu jsme nevěděli, jestli to najdeme, nebo ne,“ říká Häberle. "Bylo to trochu riskantní a nebyli bychom schopni nic najít."

Ein neues farbiges ESA/Hubble-Bild von Omega Centauri mit der wahrscheinlichen Position des mittelschweren Schwarzen Lochs.

„Je to obtížný experiment“ a důkazy o existenci černé díry jsou „ještě velmi daleko od přesvědčivých závěrů,“ říká Gerry Gilmore, astrofyzik z University of Cambridge ve Velké Británii. Zejména data zatím nevykazují žádné známky trajektorií obíhajících kolem sebe, jak se očekávalo od masivního objektu, jak by tomu bylo v případě hvězd obíhajících kolem masivního objektu. V případě Sagittarius A*, černé díry o hmotnosti 4,3 milionu slunečních paprsků ve středu Mléčné dráhy, Roky pozorování našli nezvratné důkazy o takových zakřivených cestách – jeden pro dva přední výzkumníky v roce 2020 Nobelova cena přijaté. Vesmírný dalekohled Gaia také objevil některé spící černé díry ve tvaru hvězdy z pohybu jedné doprovodné hvězdy 2.

Většina černých děr byla objevena v posledních pěti desetiletích pomocí záření, jako je rentgenové záření nebo rádiové vlny 3vznikající přehřátým plynem spirálovitě do otvoru. První náznak existence Sagittarius A* byl ve skutečnosti rádiový studený zdroj – i když ne příliš jasný. Ale žádné takové emise nebyly nalezeny v ω Centauri.

Záhadné střední váhy

Hmotnost kandidátského objektu v ω Centauri by jej jednoznačně zařadila do rozsahu středních černých děr, obecně mezi 100 a 100 000 hmotností Slunce. Zatím jediný solidní důkaz černých děr v této oblasti pochází z detekce gravitačních vln produkovaných dvěma splývajícími černými dírami. Jedna taková událost byla pozorována v roce 2019, údajně vytvořil objekt o hmotnosti asi 150 hmotností Slunce.

Hledání středně velkých černých děr má dlouhou historii tvrzení, která byla později vyvrácena. Astrofyzici dlouho předpokládali, že některé zdroje „ultraluminálního“ rentgenového záření by mohly být černé díry této velikosti. Ale nyní se ukázalo, že většina z těchto kandidátů jsou neutronové hvězdy, které září neobvykle jasně tím, že absorbují přehřátý materiál z doprovodné hvězdy. „Nejpravděpodobněji jsou spojeny s ‚normálními‘ mladými binárními systémy,“ říká Giuseppina Fabbiano, astrofyzička z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics v Cambridge ve státě Massachusetts.

Zůstávají velké otázky - včetně toho, jak se některé černé díry stanou supermasivními a zda jsou výsledkem vícenásobných sloučení, počínaje hvězdnými černými dírami a pokračujícími středními hmotnostmi, jako je ta kandidáta v ω Centauri.

Tým nyní plánuje následné studie s vesmírným dalekohledem Jamese Webba, říká Häberle. Zatímco data z HST ukáží pouze to, jak se hvězdy pohybují v zorném poli, spektra hvězd ukážou, jak se pohybují podél zorné čáry, což astronomům umožní rekonstruovat jejich rychlosti v plném 3D.