A kutatók úgy gondolták, hogy egy közepes tömegű fekete lyukat fognak találni az NGC 6397 jelű gömbhalmaz szívében, de bizonyítékot találtak arra, hogy ehelyett több kisebb fekete lyuk bujkál benne. A Hubble-űrteleszkóp új adatai alapján először sikerült megmérni egy fekete lyuk-csoport kiterjedését egy mag-összeomlásnak (angol szakkifejezéssel „core collapse”-nek) nevezett jelenségen átesett gömbhalmazban.
A gömbhalmazok rendkívül sűrű csillagrendszerek, amelyekben a csillagok nagyon közel helyezkednek el egymáshoz. Általában nagyon idősek is – az NGC 6397 jelű halmaz például, amelyben a felfedezést tették, majdnem olyan idős, mint maga a Világegyetem. 7800 fényévre van tőlünk, így az egyik legközelebbi gömbhalmaz. Mivel központjában a csillagok rendkívül szorosan helyezkednek el, az úgynevezett mag-összeomlott halmazok közé sorolják.
Amikor Eduardo Vitral és Gary A. Mamon (Institut d’Astrophysique de Paris) az NGC 6397 magját kezdték vizsgálni, arra számítottak, hogy bizonyítékot találnak egy közepes tömegű fekete lyuk létezésére. Ezek az objektumok kisebbek, mint a nagyobb galaxisok magjában található szupernagy tömegű fekete lyukak, de nagyobbak, mint a csillagtömegű fekete lyukak, amelyek nagy csillagok összeomlásakor keletkeznek. A közepes tömegű fekete lyukak a rég keresett hiányzó láncszemet jelentik a fekete lyukak fejlődésében: egyelőre a puszta létük is vita tárgya, bár néhány jelöltet már sikerült találni.
A közepes tömegű fekete lyuk keresését a kutatók azzal kezdték, hogy megvizsgálták a halmaz csillagainak helyzetét és sebességét. Ehhez a csillagok sajátmozgásával kapcsolatos korábbi becsléseket használták fel azon képek alapján, amelyeket a halmazról a Hubble-űrtávcső készített több éven keresztül, valamint az ESA Gaia-űrtávcsövének pontos helyzet-, távolság- és sebességméréseit. A halmaz távolságának ismeretében a kutatók a sajátmozgás-adatokat sebességadatokra fordíthatták.
„Az elemzésünk azt mutatta, hogy a csillagok pályája az egész gömbhalmazban véletlenszerű, nem pedig szisztematikusan kör vagy ellipszis alakú.” – magyarázta Mamon. „Nagyon erős bizonyítékot találtunk arra, hogy a halmaz sűrű, belső régióiban egy láthatatlan tömeg van, de meglepődtünk, amikor kiderült, hogy ez az extra tömeg nem pontszerű, hanem kiterjedt, a halmaz méretének néhány százaléka.” – tette hozzá Vitral.
Ez a láthatatlan összetevő csak nagy tömegű csillagok maradványaiból (fehér törpékből, neutroncsillagokból vagy fekete lyukakból) állhat, amelyek belső régiói saját gravitációjuk alatt roppantak össze, amikor kifogytak a fűtőanyagból. A csillagok a közeli, kisebb tömegű társaikkal történő gravitációs kölcsönhatások nyomán fokozatosan belehullottak a halmaz központjába, ezáltal a láthatatlan tömeg kis térrészbe koncentrálódott. A csillagfejlődés elmélete alapján a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a láthatatlan tömegkoncentráció nagy részét fekete lyukak alkotják, nem pedig olyan fehér törpék vagy neutroncsillagok, amelyek túl halványak a megfigyeléshez.
Két nemrég született tanulmány szintén arról számolt be, hogy csillagmaradványok, sőt, csillagtömegű fekete lyukak népesíthetik be a gömbhalmazok belső régióit.
„A mi kutatásunk az első, amelyben mind a tömeg, mind a kiterjedés arra utal, hogy főként fekete lyukak összessége lehet egy mag-összeomláson átesett gömbhalmaz központjában.” – mondta Vitral. „Az elemzésünket az tette lehetővé, hogy rendelkezésünkre álltak a Hubble adatai a halmaz belső régiójáról, illetve a Gaia adatai a külső csillagok pályáiról, amely közvetetten megadja az előtér- és a háttércsillagok sebességét a belső régióban.” tette hozzá Mamon, kiemelve a példamutató nemzetközi együttműködés fontosságát.
A kutatók szerint a felfedezés egy további kérdést is felvet: vajon a mag-összeomlásos gömbhalmazokban sűrűn elhelyezkedő fekete lyukak ütközései lehetnek-e a fő forrásai azoknak a gravitációs hullámoknak, amelyeket nemrég a Lézer-Interferometriás Gravitációshullám Obszervatórium (LIGO) észlelt?
Az eredményeket közlő tanulmány az Astronomy & Astrophysics című szaklapban jelent meg.
Forrás: ESA
