חוקרים אישרו את נוכחותו של חור שחור בעל מסה בינונית בליבת אומגה קנטאורי, צביר שיצר פעם את לבה של גלקסיה נפרדת. ממצא זה משפר את ההבנה שלנו לגבי התפתחות החורים השחורים והדינמיקה של הגלקסיות. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com
חוקרים אישרו מסה בינונית חור שחור במרכזה של אומגה קנטאורי, תומכות בתיאוריות של מקורו כליבה גלקסיה מובחנת שהתמזגה עם שביל החלב.
כוכבים שזוהו לאחרונה בתנועה מהירה בצביר הכוכבים אומגה קנטאורי מספקים ראיות מוצקות לחור שחור מרכזי בצביר. עם לפחות 8200 מסות שמש, הוא המועמד הטוב ביותר לסוג של חורים שחורים שאסטרונומים האמינו זה מכבר שקיימים: חורים שחורים בעלי מסה בינונית, שנוצרו בשלבים הראשונים של התפתחות הגלקסיה. התגלית מחזקת את המקרה של אומגה קנטאורי כאזור הליבה של גלקסיה שנבלעה על ידי שביל החלב לפני מיליארדי שנים. ללא הכוכבים החיצוניים שלו, גרעין הגלקסיה הזה נשאר "קפוא בזמן" מאז. המחקר פורסם בכתב העת Nature.
משמאל לימין: צביר הכוכבים הכדורי אומגה קנטאורי בכללותו, גרסה מוגדלת של האזור המרכזי, והאזור שבמרכזו עם המיקום של החור השחור בגודל בינוני שזוהה במחקר הנוכחי מסומן . קרדיט: ESA/האבל, נאס"א, מקסימיליאן הברל (MPIA)
גילוי הלב של אומגה קנטאורי
אומגה קנטאורי היא אוסף מרהיב של כעשרה מיליון כוכבים, הנראים ככתם בשמי הלילה מקווי הרוחב הדרומיים. מבעד לטלסקופ קטן, הוא לא נראה שונה ממה שנקרא צבירים כדוריים אחרים: אוסף כדורי של כוכבים, כל כך צפוף לכיוון המרכז עד שאי אפשר להבחין בכוכבים בודדים.
אבל כעת מחקר חדש, בראשות מקסימיליאן הברל (מכון מקס פלאנק לאסטרונומיה), מאשר את מה שאסטרונומים חשדו במשך זמן מה: אומגה קנטאורי מכילה חור שחור מרכזי. נראה שהחור השחור הוא "החוליה החסרה" בין משפחתו הכוכבית והעל-מסיבית: תקוע בשלב ביניים של האבולוציה, הוא מסיבי פחות משמעותית מחורים שחורים טיפוסיים במרכזי הגלקסיות. נראה כי אומגה קנטאורי היא הליבה של גלקסיה קטנה ונפרדת שההתפתחות שלה נקטעה כאשר שביל החלב בלע אותה.
ספקטרום החור השחור
באסטרונומיה, חורים שחורים מגיעים בטווחי מסות שונים. חורים שחורים כוכביים, בין אחד לכמה עשרות מסות שמש, ידועים היטב, וכך גם החורים השחורים העל-מסיביים עם מסות של מיליוני או אפילו מיליארדי שמשות. התמונה הנוכחית שלנו לגבי התפתחות הגלקסיות טוענת כי בגלקסיות המוקדמות ביותר היו צריכים להיות חורים שחורים מרכזיים בגודל בינוני, שהיו גדלים עם הזמן ככל שהגלקסיות הללו התפתחו, בולעים גלקסיות קטנות יותר (כפי שעשה שביל החלב שלנו) או מתמזגים עם גלקסיות גדולות יותר.
כידוע קשה למצוא חורים שחורים בינוניים כאלה. גלקסיות כמו שביל החלב שלנו צמחו מזמן משלב הביניים הזה וכעת מכילות חורים שחורים מרכזיים הרבה יותר גדולים. בדרך כלל קשה לצפות בגלקסיות שנשארו קטנות ("גלקסיות ננסיות"). עם הטכנולוגיה הזמינה כיום, תצפיות על האזורים המרכזיים שלהם שיכולים לזהות את החור השחור המרכזי הן מאתגרות ביותר. למרות שישנם מועמדים מבטיחים, לא היה גילוי מובהק של חור שחור כזה בעל מסה בינונית – עד כה.
סרטון זום זה מתחיל בסקירה כללית של השמיים ומסתיים בתמונה של טלסקופ החלל האבל במרכז אומגה קנטאורי. לבסוף מוצגים מסלולי הכוכבים סביב החור השחור. קרדיט: T. Müller (MPIA/HdA), מוזיקה: K. Jäger (MPIA)
גלקסיה (ליבה) קפואה בזמן
זה המקום שבו אומגה קנטאורי היא מיוחדת. אם זה היה פעם ליבה של גלקסיה נפרדת, שהתמזגה אז עם שביל החלב ואיבדה את כל פרט לקבוצת הכוכבים המרכזית שלה בתהליך, הליבה הגלקטית הנותרת והחור השחור המרכזי שלה היו "קפואים בזמן": אין מיזוגים נוספים, ואין דרך לחור השחור המרכזי לצמוח. החור השחור יישמר בגודל שהיה לו כאשר אומגה קנטאורי נבלעה על ידי שביל החלב, ויספק הצצה לקשר החסר בין חורים שחורים מוקדמים בעלי מסה נמוכה לחורים השחורים העל-מאסיביים המאוחרים יותר.
כדי לבחון השערה זו, יש צורך לזהות למעשה חור שחור מרכזי באומגה קנטאורי, וגילוי מובהק חמק מהאסטרונומים עד כה. בעוד שהיו עדויות ממודלים בקנה מידה גדול של תנועת הכוכבים בצביר, העדויות הללו הותירו מקום לספק: אולי לא היה בכלל חור שחור מרכזי.
סרטון זה מראה באופן סכמטי כיצד אומגה צ'ן נצפתה עם טלסקופ החלל האבל. אתה יכול לראות את המיקום של גלאי המצלמה במהלך 800 תמונות בודדות. בסוף הוא מציג את התמונה שיצרו האסטרונומים מהחשיפות. קרדיט: M. Häberle (MPIA)
פריצת דרך בזיהוי חורים שחורים
כשנדין נוימאייר, מנהיגת קבוצה במכון מקס פלנק לאסטרונומיה, ואניל סת' מאוניברסיטת יוטה תכננו פרויקט מחקר שמטרתו הבנה משופרת של תולדות ההיווצרות של אומגה קנטאורי ב-2019, הם הבינו שיש כאן הזדמנות ליישב את שאלת החור השחור המרכזי של הצביר אחת ולתמיד: אם הם היו מסוגלים לזהות את הכוכבים הצפויים לנוע במהירות סביב חור שחור במרכז אומגה קנטאורי, זה היה האקדח המעשן, כמו גם דרך של מדידת מסת החור השחור.
החיפוש המפרך הפך למשימתו של מקסימיליאן הברל, סטודנט לדוקטורט במכון מקס-פלנק לאסטרונומיה. הברל הוביל את העבודה של יצירת קטלוג עצום לתנועות הכוכבים באומגה קנטאורי, מדידת המהירויות של 1.4 מיליון כוכבים על ידי לימוד של למעלה מ-500 תמונות האבל של הצביר. רוב התמונות הללו הופקו למטרת כיול המכשירים של האבל במקום לשימוש מדעי. אבל עם השקפותיהם החוזרות ונשנות על אומגה קנטאורי, הם התבררו כמערך הנתונים האידיאלי למאמצי המחקר של הצוות.
הברל אומר: "החיפוש אחר כוכבים במהירות גבוהה ותיעוד התנועה שלהם היה החיפוש הפתגם אחר מחט בערימת שחת." אבל בסופו של דבר, להברל לא רק היה את הקטלוג השלם ביותר של תנועת הכוכבים באומגה קנטאורי עד כה (פורסם במאמר נפרד). הוא גם מצא לא אחת אלא שבע מחטים בערימת השחת הארכיונית שלו: שבעה כוכבים מודיעים, נעים במהירות באזור קטן במרכז אומגה קנטאורי.
חשיפת חור שחור
אותם כוכבים הנעים במהירות הם מהירים בגלל נוכחותה של מסה מרוכזת בקרבת מקום. עבור כוכב בודד, אי אפשר יהיה לדעת אם הוא מהיר בגלל שהמסה המרכזית גדולה או בגלל שהכוכב קרוב מאוד למסה המרכזית – או אם הכוכב רק עף ישר, ללא מסה באופק. אבל שבעה כוכבים כאלה, בעלי מהירויות וכיווני תנועה שונים, אפשרו להברל ולחבריו להפריד בין ההשפעות השונות ולקבוע שיש מסה מרכזית באומגה קנטאורי, עם מסה של לפחות 8,200 שמשות. התמונות אינן מצביעות על שום עצם גלוי במיקום המשוער של אותה מסה מרכזית, כפי שניתן לצפות עבור חור שחור.
הניתוח הרחב יותר לא רק אפשר להברל לאתר את המהירויות של שבעת הכוכבים המהיר שלו. זה גם צמצם את המיקום שבו נמצא האזור המרכזי, בקוטר של שלושה חודשי אור (בתמונות, שלוש שניות קשת), בתוך אומגה קנטאורי. בנוסף, הניתוח סיפק ביטחון סטטיסטי: ייתכן שכוכב אחד במהירות גבוהה בתמונה אפילו לא שייך לאומגה קנטאורי. זה יכול להיות כוכב מחוץ לצביר שעובר ממש מאחורי או מול המרכז של אומגה קנטאורי במקרה. התצפיות של שבעה כוכבים כאלה, לעומת זאת, אינן יכולות להיות צירוף מקרים טהור ולא משאירות מקום להסברים מלבד חור שחור.
סוף סוף חור שחור בגודל בינוני
נוימאייר אומר: "מחקרים קודמים העלו שאלות קריטיות של 'אז איפה הכוכבים המהירים?' כעת יש לנו תשובה לכך ואת האישור שאומגה קנטאורי מכילה חור שחור בעל מסה בינונית. במרחק של כ-18,000 שנות אור, זוהי הדוגמה הידועה ביותר של חור שחור מאסיבי". החור השחור העל-מאסיבי במרכז שביל החלב נמצא במרחק של כ-27,000 שנות אור. גילוי זה לא רק מבטיח לפתור את הוויכוח בן העשור על חור שחור בעל מסה בינונית באומגה קנטאורי. זה גם מספק את המועמד הטוב ביותר עד כה לאיתור חור שחור בין-מדיה-מוני באופן כללי.
בהתחשב בממצאיהם, Neumayer, Häberle ועמיתיהם מתכננים כעת לבחון את מרכז אומגה קנטאורי ביתר פירוט. כבר יש להם אישור למדידת תנועת הכוכב המהיר לכיוון או הרחק מכדור הארץ (מהירות קו הראייה) באמצעות טלסקופ החלל ג'יימס וובויש מכשירים עתידיים (GRAVITY+ ב ESOשל VLT, MICADO בטלסקופ גדול במיוחד) שיכולה לאתר מיקומי כוכבים בצורה מדויקת אפילו יותר מהאבל. המטרה ארוכת הטווח היא לקבוע כיצד הכוכבים מאיצים: כיצד מתעקלים מסלוליהם. אבל לעקוב אחר הכוכבים האלה פעם אחת סביב כל מסלולם, כמו בתצפיות זוכות פרס נובל ליד החור השחור במרכז שביל החלב, הוא פרויקט לדורות הבאים של אסטרונומים. מסת החור השחור הקטנה יותר עבור אומגה קנטאורי פירושה סולם זמן גדול פי עשרה מאשר עבור שביל החלב: תקופות מסלול של יותר ממאה שנים.
מידע רקע
העבודה המתוארת כאן פורסמה בשם M. Häberle et al., "כוכבים נעים במהירות סביב חור שחור בעל מסה בינונית ב-ω Centauri" בכתב העת טֶבַע. קטלוג הכוכבים שעליו מבוססת העבודה התקבל לפרסום בשם M. Häberle וחב', "oMEGACat II — פוטומטריה ותנועות נכונות של 1.4 מיליון כוכבים באומגה קנטאורי וסיבובה במישור השמיים" ב- כתב עת אסטרופיזי.
למידע נוסף על תגלית זו, ראה קישור חסר נחשף: האבל חושפת חור שחור מוסתר באומגה קנטאורי.
"oMEGACat II – פוטומטריה ותנועות נכונות של 1.4 מיליון כוכבים באומגה קנטאורי וסיבובה במישור השמיים" מאת מקסימיליאן הברל, נאדין נוימאייר, אנדריאה בליני, מתיה ליברלאטו, קאלי קלנץ, אניל סי סת', מריה סלינה ניצ'אי, סבסטיאן קמאן, מייטה אלפארו-קולו, ג'יי אנדרסון, סטפן דרייזלר, אנג'ה פלדמאייר-קראוזה, ניקולאי קצ'רוב, מרילין לאטור, אנטונינו מילון, רנוקה פצ'טי, גלן ואן דה-ון, קארינה פוגל, מקובל, כתב עת אסטרופיזי.
arXiv:2404.03722
מדעני MPIA המעורבים הם מקסימיליאן הברל, נדין נוימאייר, אנטואן דומונט, קלי קלנץ (גם אוניברסיטת יוטה), אנג'ה פלדמאייר-קראוזה (גם אוניברסיטת וינה) ומריה סלינה ניטשאי, בשיתוף עם אניל סת' (אוניברסיטת יוטה), אנדריאה בליני (המכון למדע טלסקופ החלל), מתיה ליברלאטו (ESA ו-INAF Padova), הולגר באומגרדט (אוניברסיטת קווינסלנד), מתיו וויטאקר (אוניברסיטת יוטה), מייטה אלפארו קואלו (אוניברסיטת סנטרל דה צ'ילה), ג'יי אנדרסון (המכון למדע טלסקופ החלל), ניקולאי קצ'רוב ( מכון לייבניץ לאסטרופיזיקה פוטסדאם), סבסטיאן קמאן (אוניברסיטת ליברפול ג'ון מוורס), אנטונינו מילון (אוניברסיטת פדובה), רנוקה פצ'טי (אוניברסיטת ליברפול ג'ון מוורס) וגלן ואן דה ון (אוניברסיטת וינה).
