У центрі кулі зірок, що дрейфує Чумацьким Шляхом, ховається звір.
Кульове скупчення, відоме як Мессьє 4, розташоване на відстані приблизно 6000 світлових років від нас, виглядає як скупчене навколо чорної діри, яка приблизно в 800 разів перевищує масу нашого Сонця.
Це не напівлегка вага, але й далеко не колос. Фактично об’єкт потрапляє в проміжний діапазон мас, який рідко можна побачити, між меншими чорними дірами та надмасивними чокерами.
Поки що наші єдині виявлення цих проміжних чорних дір були переважно непрямими та безрезультатними, і це не виняток.
Однак це один із найкращих кандидатів і досить близький, щоб подальше дослідження можна було провести відносно легко. Це може допомогти нам нарешті остаточно знайти один із цих невловимих об’єктів і розгадати одну з найзаплутаніших таємниць чорної діри.
«Наука рідко полягає у відкритті чогось нового в один момент», — каже астроном Тімо Прусті з Європейського космічного агентства. «Йдеться про те, щоб крок за кроком ставати більш впевненим у висновку, і це може бути одним із кроків до впевненості в тому, що чорні діри середньої маси існують».
Ми ідентифікували досить велику кількість чорних дір у Всесвіті, і є щось дуже дивне в їх масовому розподілі . Існує дві різні популяції: чорні діри зоряної маси, приблизно в 100 разів перевищуючі масу Сонця; і надмасивні чорні діри, які сидять у серці галактик і працюють від мільйонів до мільярдів Сонць.
Між цими двома діапазонами маси є… багато чого, насправді, не дуже багато. Це велика головоломка, яка, по суті, полягає в тому, чому б і ні? Чи просто немає чорних дір середньої маси? Або вони там, і ми просто не можемо їх виявити з якихось причин?
Ми знаємо, як утворюються чорні діри зоряної маси – колапс ядра масивних зірок і злиття цих об’єктів. Але ми не дуже впевнені щодо утворення надмасивних чорних дір . Вони ростуть від послідовного злиття менших чорних дір чи вони всмоктують матеріал і збільшуються в розмірах?
Чорні діри проміжної маси можуть бути підказкою, припускаючи, що вони можуть спочатку бути малими, а з часом збільшуватися. У цьому, безперечно, було б багато сенсу, але їх брак є досить ефективною перешкодою для цієї ідеї.
Одним із можливих місць , де можуть ховатися ці чорні діри, є серце кульових скупчень. Це неймовірно щільні, надзвичайно сферичні скупчення приблизно від 100 000 до 1 мільйона зірок, які переважно утворилися одночасно з тієї самої хмари газу. Попередні дослідження, зосереджені на кульових скупченнях, виявили високу концентрацію маси в їх центрах , що відповідає діапазону мас чорних дір середньої маси.
Мессьє 4 є найближчим до Землі кульовим скупченням. Під керівництвом астронома Едуардо Вітраля з Наукового інституту космічного телескопа команда дослідників використовувала два потужні космічні телескопи, Хаббл і Гайя, щоб уважно розглянути зірки всередині нього. Вони відстежували рухи близько 6000 зірок у скупченні, щоб побачити, чи зможуть вони пов’язати ці рухи з орбітами навколо невеликої щільної маси.
Зазвичай ми не можемо побачити чорні діри, якщо вони активно не накопичують матерію, але ці орбіти є досить надійною підказкою. І їхні розрахунки показали щось із масою близько 800 мас Сонця. Хоча що це може бути, незрозуміло.
«Використовуючи останні дані Gaia та Hubble, було неможливо відрізнити темну популяцію зіркових залишків від одного більшого точкового джерела», — каже Вітрал . «Тож одна з можливих теорій полягає в тому, що ця темна маса може бути не просто безліччю окремих маленьких темних об’єктів, а однією чорною дірою середнього розміру».
Щоб спробувати звузити його, команда провела моделювання, видаляючи зірки, щоб побачити, як це змінює форму маси. Видалення однієї особливо швидкорухливої зірки розповсюджує масу на більшу відстань, як ви могли бачити з рою менших чорних дір і нейтронних зірок. Подальше моделювання показало, що маса не поширюється на досить велику область простору, щоб бути таким рою.
Крім того, рій чорних дір буде настільки близько одна до одної, що, по суті, створить безлад. Гравітаційна взаємодія змусила б зірки вилітати зі скупчення, хаотично розміщуючи його по небу. Можливо, ми вже бачили наслідки цього в скупченні зірок під назвою Паломар 5 .
«Ми цілком впевнені, що маємо дуже крихітну область з великою концентрованою масою. Вона приблизно в три рази менша за найщільнішу темну масу, яку ми знаходили раніше в інших кульових скупченнях», — каже Вітрал .
«Хоча ми не можемо повністю стверджувати, що це центральна точка гравітації, ми можемо показати, що вона дуже мала. Вона надто крихітна, щоб ми могли пояснити, що це одна чорна діра. Крім того, може бути зірка механізм, про який ми просто не знаємо, принаймні в межах сучасної фізики».
Отже, за винятком нової фізики чи невидимих зірок, найімовірнішим поясненням наразі є чорна діра середньої маси. З усім тим, популяція менших чорних дір все ще є реалістичним поясненням. Дослідники радять проводити подальші спостереження за скупченням за допомогою Хаббла та космічного телескопа Джеймса Вебба, щоб краще стримувати рухи зірок усередині нього.
