Ved å kamme gjennom to og et halvt tiår med bilder fra Hubble-romteleskopets arkiver, kan astrofysikere ha oppdaget bevis på et nærliggende svart hull som kan være minst 8200 ganger mer massivt enn solen.

Hvis ytterligere studier kan bekrefte resultatene, vil objektet være det nest største sorte hullet som finnes i vår galakse. Det kan også være den sterkeste utfordreren til et mellomliggende sort hull – et objekt i det gåtefulle «ingenmannslandet» mellom de «supermassive» sorte hullene som antas å ligge i sentrum av de fleste galakser og mye mindre som veier omtrent like mye som en enkelt stor stjerne.

Stjerner i rask bevegelse

Astrofysiker Maximilian Häberle ved Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg, Tyskland, og hans samarbeidspartnere undersøkte mer enn 500 bilder av ω Centauri, en tett stjernehop med 10 millioner stjerner omtrent 18 000 lysår (5,43 kiloparsek) fra solsystemet. Bildene ble først og fremst tatt for å kalibrere Hubble-teleskopets instrumenter gjennom årene.

Teamet satt sammen bildene for å rekonstruere bevegelsen til mer enn 150 000 stjerner i klyngen. De fleste stjernene beveget seg slik de teoretiske modellene forutsier, sier Häberle. "Men så var det noen som beveget seg raskere." Syv stjerner, alle nær sentrum av ω Centauri, beveget seg for raskt til å bli holdt av klyngens tyngdekraft alene.

Dette antyder at stjernene ble akselerert av gravitasjonskraften til et massivt objekt, for eksempel et svart hull. Ut fra stjernenes hastighet måtte den veie minst 8 200 solmasser, men kunne veie så mye som 50 000 soler. "Vi visste ikke på forhånd om vi ville finne den eller ikke," sier Häberle. "Det var litt risikabelt, og vi ville ikke ha vært i stand til å finne noe."

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

"Det er et vanskelig eksperiment," og bevisene for eksistensen av et sort hull er "fortsatt veldig langt fra avgjørende," sier Gerry Gilmore, en astrofysiker ved University of Cambridge, Storbritannia. Spesielt viser dataene ennå ingen tegn til at banene går i bane rundt hverandre som forventet fra et massivt objekt, slik tilfellet ville vært for stjerner som kretser rundt et massivt objekt. Når det gjelder Sagittarius A*, det svarte hullet på 4,3 millioner solmasser i sentrum av Melkeveien, År med observasjon fant ugjendrivelige bevis på slike buede stier - en for de to ledende forskerne i 2020 Nobelprisen mottatt. Gaia-romteleskopet har også oppdaget noen sovende, stjerneformede sorte hull fra bevegelsen til en enkelt ledsagerstjerne 2.

De fleste sorte hull har blitt oppdaget de siste fem tiårene ved bruk av stråling som røntgenstråler eller radiobølger 3produsert av overopphetet gass som spiraler inn i hullet. Det første hintet til Sagittarius A*s eksistens var faktisk en radiokald kilde - selv om den ikke var veldig lyssterk. Men ingen slike utslipp ble funnet i ω Centauri.

Gåtefulle mellomvektere

Massen til kandidatobjektet i ω Centauri vil klart sette den i området mellom mellomliggende sorte hull, vanligvis mellom 100 og 100 000 solmasser. Så langt kommer det eneste solide beviset for sorte hull i dette området fra deteksjonen av gravitasjonsbølger produsert av to sammenslående sorte hull. En slik hendelse ble observert i 2019, skal ha skapt et objekt på rundt 150 solmasser.

Jakten på mellomstore sorte hull har en lang historie med påstander som senere blir avkreftet. Astrofysikere har lenge mistenkt at noen kilder til "ultraluminøse" røntgenstråler kan være sorte hull av denne størrelsen. Men de fleste av disse kandidatene har nå vist seg å være nøytronstjerner, som skinner uvanlig sterkt ved å absorbere overopphetet materiale fra en følgestjerne. "Disse er mest sannsynlig assosiert med "normale" unge binære systemer, sier Giuseppina Fabbiano, en astrofysiker ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Massachusetts.

Store spørsmål gjenstår - inkludert hvordan noen sorte hull blir supermassive og om de er et resultat av flere sammenslåinger, starter fra stjernesvarte hull og fortsetter gjennom mellommasser som kandidaten i ω Centauri.

Teamet planlegger nå oppfølgingsstudier med James Webb-romteleskopet, sier Häberle. Mens Hubble-dataene bare vil vise hvordan stjernene beveger seg over synsfeltet, vil stjernespektrene vise hvordan de beveges langs siktlinjen, slik at astronomene kan rekonstruere hastighetene deres i full 3D.