Это первое исследование, в котором определены масса и конфигурация подобного объекта. Результаты опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
Шаровые скопления — это чрезвычайно плотные звездные системы, содержащие большое количество звезд, тесно связанных гравитацией и обращающихся вокруг галактического центра. Эти системы, как правило, очень старые. Например, шаровое скопление NGC 6397, которое авторы исследования выбрали для изучения, не намного моложе самой Вселенной. К тому же, это одно из самых близких к Земле шаровых скоплений — оно находится на расстоянии 7800 световых лет от нас. Из-за очень плотного ядра оно отнесено к категории кластеров со сжатым ядром.
Изначально в центре скопления NGC 6397 астрономы ожидали обнаружить черную дыру промежуточной массы — долгожданное "недостающее звено" между сверхмассивными черными дырами, которые во много миллионов раз тяжелее Солнца, лежащими в ядрах галактик, и черными дырами звездной массы, которые образуются после коллапса одиночной массивной звезды. Само существование таких объектов горячо обсуждают в научной среде, а для проверки пока определены лишь несколько кандидатов, один из которых — в центре NGC 6397.
"Мы нашли убедительные доказательства наличия невидимой массы в плотном ядре шарового скопления, но мы были удивлены, обнаружив, что эта дополнительная масса не является "точечной", чего можно было бы ожидать от уединенной черной дыры, а протяженной — до нескольких процентов от размера скопления", — приводятся в пресс-релизе НАСА слова одного из авторов исследования Эдуардо Витраля (Eduardo Vitral) из Парижского института астрофизики.
Художественное изображение карликовой планеты Farfarout - самого удаленного обнаруженного объекта Солнечной системы - РИА Новости, 1920, 11.02.2021
Чтобы определить распределение неуловимой скрытой массы, ученые использовали скорости и массы видимых звезд. Известно, что чем больше масса в каком-то месте, тем быстрее вокруг него движутся звезды. Точные измерения параметров звезд скопления NGC 6397 в течение нескольких лет измерял космический телескоп "Хаббл", после чего его данные сверили с хорошо откалиброванным измерениям собственного движения звезд, предоставленными космической обсерваторией Gaia Европейского космического агентства.
"Наш анализ показал, что орбиты звезд в шаровом скоплении ближе к случайным, чем к систематическим круговым или вытянутым", — говорит второй автор статьи Гари Мамон (Gary Mamon) также из Парижского института астрофизики.
Исследователи пришли к выводу, что невидимый компонент, учитывая его массу, протяженность и местоположение, может состоять только из остатков массивных звезд — белых карликов, нейтронных звезд и небольших черных дыр.
"Мы использовали теорию звездной эволюции и выяснили, что большая часть дополнительной массы, которую мы обнаружили, была в форме черных дыр", — объясняет Мамон.
Амплитуды и формы звездных орбит, испытывающих множественные гравитационные взаимодействия, показали, что в центре шарового скопления NGC 6397 скрывается скопление мелких черных дыр, которые то опускаются к центру, то, отталкиваясь друг от друга, разлетаются к периферии скопления.
Такой "гравитационный пинбол", по мнению ученых, иногда заканчивается слиянием отдельных черных дыр в центре кластера — событием, которое должно посылать в космическое пространство рябь в виде гравитационных волн.