Впервые астрономы зафиксировали чёрную дыру звёздного размера внутри одного из самых масштабных шарообразных скоплений, расположенных в Млечном Пути – Омега Центавра. Это открытие стало возможным благодаря длительным исследованиям с использованием космического телескопа «Хаббл» и сопоставлению полученных данных с результатами наблюдений телескопа «Джеймс Уэбб».

Шаровое скопление, известное как Омега Центавра, на протяжении многих лет представляло собой неразрешимую задачу для исследователей. В нём насчитывается приблизительно 10 миллионов звёзд, удерживаемых вместе силой гравитации, и согласно современным научным представлениям, оно должно содержать тысячи чёрных дыр – остатков после гибели массивных небесных тел.

Тем не менее, идентификация этих объектов долгое время оказывалась затруднительной. Ранее проводимые поиски в основном базировались на анализе скорости звёзд и поиске рентгеновского или радиоизлучения, возникающего при аккреции вещества чёрными дырами.

Для данного исследования был применен альтернативный подход – астрометрия. Этот способ позволяет фиксировать незначительные сдвиги в расположении звёзд на небесной сфере. Специалисты проанализировали более двух десятилетий архивных материалов, полученных телескопом «Хаббл», и сопоставили их с данными, сделанными при помощи новейшего обсерватории «Уэбб». Благодаря этому стало возможным обнаружить массивный невидимый объект по траекториям движения звёзд в его окрестностях.

Новая система получила обозначение oMEGACat BH-2. Она включает в себя чёрную дыру и сопровождающую её обычную звезду, находящуюся на расстоянии около 18 тысяч световых лет от нашей планеты – внутри густонаселённой области Омеги Центавра.

Специалисты в области астрофизики определили, что невидимый небесный телом обладает массой приблизительно равной 4,46 солнечных масс. Этот показатель превышает допустимые границы для нейтронных звёзд, вследствие чего специалисты сделали вывод о том, что они обнаружили чёрную дыру звездного класса.

Ранее другая команда научных сотрудников выдвинула гипотезу относительно того, что данный объект может являться нейтронной звездой. Тем не менее, более детальные измерения перемещения звезды на основе информации, полученной с телескопа «Хаббл» за период времени с 2002 по 2023 год, а также инфракрасных наблюдений аппарата «Уэбб», позволили опровергнуть эту версию.

Примечательной оказалась относительно небольшая масса этой чёрной дыры в сравнении с прогнозами для региона Омега Центавра. Этот регион характеризуется дефицитом тяжёлых химических элементов, и существующие модели формирования звёзд предсказывали появление более крупных чёрных дыр в подобных условиях.

По мнению специалистов, данное открытие может существенно расширить представления о механизмах формирования чёрных дыр внутри старых звездных кластеров и процессе их слияния в парные конфигурации. Подобные системы играют ключевую роль при исследовании гравитационных колебаний, возникающих вследствие объединения черных дыр.

В ходе исследования было также установлено, что система oMEGACat BH-2 обладает аномально большой эксцентриситетом. Звезда-спутник совершает оборот вокруг чёрной дыры примерно за 94 года, делая эту пару самой протяжённой известной двойственной системой с участием чёрной дыры.

Длительный период обращения вокруг друг друга указывает на нетипичное формирование этой звёздной пары. Предположительно, звезда и чёрная дыра возникли независимо друг от друга, а затем сошлись в густонаселённом шаровом скоплении и оказались связанными взаимным притяжением.

Тем не менее, подобное сочетание небесных тел существует относительно короткий срок с точки зрения космических масштабов. Проведённые вычисления демонстрируют, что в течение ближайшего миллиарда лет взаимодействие с другими звёздами может привести к распаду этой пары, несмотря на то, что возраст звездного скопления Омега Центавра составляет примерно 12 миллиардов лет.

Специалисты подчеркивают, что выявление oMEGACat BH-2 – это лишь стартовая точка для изучения невидимой совокупности чёрных дыр внутри звёздных скоплений. Дополнительные данные с телескопов «Хаббл» и «Джеймс Уэбб» способны содействовать обнаружению аналогичных структур в различных областях космоса.

В перспективе специалисты планируют применять космический обсерваторий Нэнси Грейс Роман, который будет систематически исследовать густонаселённые участки нашей галактики с высокой детализацией. Это даст возможность углубить изучение парных систем, содержащих чёрные дыры, и глубже понять их влияние на развитие космоса.

Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.