سیاهچاله نادر و حلقه گمشده در کمین کهکشان راه شیری یافت شد

یکی از پرطرفدارترین اجرام در کیهان به تازگی در کهکشان راه شیری کشف شده است.

ستاره شناسان در مرکز یک خوشه ستارگان کروی و فشرده به نام امگا قنطورس در فاصله ۱۷۰۰۰ سال نوری از ما، شواهدی از سیاهچاله ای با جرم متوسط ​​پیدا کردند که مقیاس کیهانی را با جرمی معادل حداقل ۸۲۰۰ خورشید منحرف می کند.

این یکی از بهترین سرنخ‌هایی است که تاکنون در مورد این جانوران گریزان داشته‌ایم – سیاه‌چاله‌هایی که در محدوده جرمی بین سیاهچاله‌های ستاره‌ای و هیولاهای کلان پرجرم در قلب کهکشان‌ها قرار دارند. و این آخرین مورد در تعدادی از شناسایی‌ها در خوشه‌های کروی ستاره‌ها است – که تأیید می‌کند که این مجموعه‌های عجیب یکی از بهترین مکان‌ها برای جستجو هستند.

گروهی از اخترشناسان به رهبری ماکسیمیلیان هابرل از موسسه نجوم ماکس پلانک در آلمان می نویسند: در اینجا ما مشاهدات هفت ستاره سریع در ۳ اینچ مرکزی (۰.۰۸ pc) امگا قنطورس را گزارش می کنیم.

سرعت ستارگان سریع به طور قابل توجهی بالاتر از سرعت فرار مرکزی مورد انتظار خوشه ستاره ای است، بنابراین حضور آنها را می توان تنها با محدود شدن به یک سیاهچاله عظیم توضیح داد. از سرعت ها به تنهایی، می توانیم استنباط کنیم که ثابت تر است. حد جرم سیاهچاله در حدود ۸۲۰۰ جرم خورشیدی، این مورد را برای یک سیاهچاله با جرم متوسط ​​در کیهان محلی مناسب می سازد.

سیاهچاله های با جرم متوسط ​​(IMBHs) حداقل تا آنجایی که تا کنون توانسته ایم اندازه گیری کنیم، کمبود دارند. اینها در یک محدوده جرمی تعریف نشده قرار می گیرند که معمولاً بین ۱۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ تا یک میلیون جرم خورشیدی است.

در دو طرف، سیاهچاله هایی با جرم ستاره ای در انتهای کوچک داریم، سیاهچاله هایی که از فروپاشی هسته یک ستاره پرجرم و ادغام این سیاهچاله ها به وجود آمده اند. و در ضلع بزرگ‌تر، آنهایی با جرم عظیم قرار دارند که میلیون‌ها تا میلیاردها برابر خورشید جرم دارند.

این یک مشکل است، زیرا بدون IMBH ها، هیچ ‘بافت همبند’ ای وجود ندارد که بین دو محدوده جرمی پل بزند. ستاره شناسان فکر می کنند که سیاهچاله های کلان جرم می توانند به تدریج از تجمع آهسته و ادغام سلسله مراتبی سیاهچاله های با جرم ستاره ای رشد کنند، اما ما به شواهد بسیار بیشتری برای IMBH نیاز داریم تا تعداد سیاهچاله های کلان پرجرم را در آنجا توضیح دهیم.

به نظر می رسد خوشه های کروی مکان خوبی برای نگاه کردن باشند. اینها گروه‌هایی از ستارگان هستند که تعدادشان به میلیون‌ها نفر می‌رسد و همگی در یک ساختار تقریباً کروی در کنار هم قرار دارند و مانند ساردین‌های درخشان در کنار هم قرار گرفته‌اند. کهکشان راه شیری حدود ۱۵۰ خوشه کروی شناخته شده دارد و منشا آنها کمی رازآلود است.

اما مطالعات قبلی بر روی خوشه‌های کروی، غلظت بالایی از جرم را در مراکز آنها پیدا کرده‌اند که با محدوده جرمی سیاه‌چاله‌های با جرم متوسط ​​همخوانی دارد. و در واقع، دلیلی مبنی بر اینکه ممکن است چنین شیئی در کمین باشد.

تصور می‌شود که امگا قنطورس هسته یا هسته‌ای است که زمانی یک کهکشان کوتوله به نام گایا سوسیس بوده است. قطر آن تقریباً ۱۵۰ سال نوری است و حدود ۱۰ میلیون ستاره دارد. کهکشان‌های کوتوله مانند نسخه‌های کوچک‌تر کهکشان‌های با اندازه کامل هستند، و این امکان وجود دارد که به‌جای یک سیاه‌چاله کلان جرم در مرکز آن‌ها، حول IMBH بچرخند.

اکنون، تشخیص سیاهچاله‌ای که فقط در فضا معلق باشد و کاری انجام ندهد بسیار سخت است، بنابراین جستجو برای IMBH در خوشه‌های کروی و کهکشان‌های کوتوله اغلب به سینماتیک ستاره‌ای تبدیل می‌شود – مطالعه نحوه حرکت ستارگان در اطراف یک جرم به دلیل گرانش. فعل و انفعالات. مشهورترین مثال، ستارگانی است که به دور سیاهچاله غول پیکر در مرکز کهکشان راه شیری، Sagittarius A* (Sgr A*) می چرخند.

پیش از این، مطالعاتی که حرکت ستارگان را در امگا قنطورس بررسی می‌کردند، شواهدی مبنی بر وجود یک IMBH در آن پیدا کرده بودند. اینها بیش از یک دهه پیش بود، و هابرل و همکارانش می خواستند واقعاً وارد آنجا شوند و ببینند که آیا می توانند آن را بیشتر محدود کنند.

با استفاده از ۲۰ سال داده جمع آوری شده با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل – بیش از ۵۰۰ تصویر – آنها یک فهرست حرکتی به روز شده و بسیار دقیق تر از منطقه مرکزی امگا قنطورس ساختند، و به دنبال ستاره هایی بودند که به نظر می رسد به دنبال ستارگانی بودند که تحت تأثیر یک توده نامرئی غول پیکر در حال حرکت هستند.

در منطقه بسیار مرکزی، آن‌ها ستاره‌هایی را پیدا کردند که بسیار شبیه به ستاره‌هایی هستند که به دور Sgr A* می‌چرخند. و با مطالعه دقیق سرعت و حرکت آنها، توانستند حد پایین جرم جسمی را که به نظر می رسد با آن تعامل دارند، تعیین کنند. با جرم ۸۲۰۰ خورشیدی، این یک IMBH است، مهم نیست از کدام طرف آن را برش دهید.

در واقع، محققان می گویند، IMBH تنها توضیح قابل قبول برای آنچه آنها یافته اند است.

آنها در مقاله خود می نویسند: این سیاهچاله یک نقطه داده مهم در مطالعه جمعیتی سیاهچاله ها در کهکشان های کم جرم، همراه با سایر سیاهچاله هایی که در خوشه های کروی پرجرم تر و هسته های [کهکشانی] ردیابی شده اند، ارائه می دهد.

علاوه بر این، این سیاه‌چاله نزدیک‌ترین سیاه‌چاله پرجرم را فراهم می‌کند و تنها دومین سیاهچاله بعد از Sgr A* است که برای آن می‌توانیم حرکت چندین همراه ستاره‌ای محدود را مطالعه کنیم.

آنها می گویند که این کشف، بازبینی دیگر خوشه های کروی و استفاده از روش شناسی مشابه را برای محدود کردن رازهایی که ممکن است در آنها یافت شود، پیشنهاد می کند.

این تحقیق در Nature منتشر شده است.