חוקרים אישרו את נוכחותו של חור שחור בעל מסה בינונית במרכז אומגה קנטאורי, מה שמסמן תגלית משמעותית בחקר החורים השחורים. החור השחור, הממוקם במרחק של כ-18,000 שנות אור, הוא חוליה חשובה בהבנת התפתחות החור השחור, מה שמרמז כי אומגה קנטאורי עשויה להיות הליבה של גלקסיה ננסית שהופרעה על ידי שביל החלב. קרדיט: ESA/האבל, נאס"א, מקסימיליאן הברל (MPIA)
התגלית היא המועמדת הטובה ביותר לסוג של חורים שחורים שאסטרונומים האמינו זה מכבר שהם קיימים אך מעולם לא מצאו – חורים שחורים בעלי מסה בינונית שנוצרו בשלבים מוקדמים של התפתחות הגלקסיה.
גלוי לעין בלתי מזוינת ככתם בשמי הלילה מקווי הרוחב הדרומיים, אומגה קנטאורי היא אוסף מרהיב של 10 מיליון כוכבים. במבט מבעד לטלסקופ קטן, הוא מזכיר צבירים כדוריים אחרים – מכלול כדורי צפוף של כוכבים שבו הליבה כל כך צפופה עד שכוכבים בודדים מטשטשים זה בזה.
עם זאת, מחקר שנערך לאחרונה על ידי צוותים מאוניברסיטת יוטה ומכון מקס פלנק לאסטרונומיה פתר ויכוח רב שנים בין אסטרונומים בכך שאישר כי אומגה קנטאורי מכילה מרכז מרכזי. חור שחור. נראה כי החור השחור הוא החוליה החסרה בין משפחתו הכוכבית והעל-מסיבית – תקוע בשלב ביניים של האבולוציה, הוא מסיבי פחות במידה ניכרת מהחורים השחורים האדירים שנמצאים בדרך כלל במרכזי הגלקסיות. נראה כי אומגה קנטאורי היא הליבה של גלקסיה קטנה ונפרדת שההתפתחות שלה נקטעה כאשר נבלעה על ידי שביל החלב.
המיקום הסביר של החור השחור הביניים של צביר הכוכבים אומגה קנטאורי. משמאל לימין, כל פאנל מתקרב יותר למערכת. קרדיט: ESA/האבל, נאס"א, מקסימיליאן הברל (MPIA)
גילוי חור שחור פורץ דרך
"זהו ממצא של פעם בקריירה. אני מתרגש מזה תשעה חודשים רצופים. בכל פעם שאני חושב על זה, קשה לי לישון", אמר אניל סת', פרופסור חבר לאסטרונומיה באוניברסיטת יוטה וחוקר ראשי (PI) של המחקר. "אני חושב שתביעות יוצאות דופן דורשות ראיות יוצאות דופן. זו באמת, באמת ראיה יוצאת דופן".
זיהוי ברור של החור השחור הזה חמק מהאסטרונומים עד עכשיו. התנועות הכוללות של הכוכבים בצביר הראו שסביר להניח שיש מסה בלתי נראית ליד מרכזו, אך לא היה ברור אם זה היה חור שחור בעל מסה בינונית או רק אוסף של חורים שחורים כוכביים. אולי לא היה חור שחור מרכזי בכלל.
"מחקרים קודמים העלו שאלות קריטיות של 'אז איפה הכוכבים המהירים?' כעת יש לנו תשובה לכך, והאישור שאומגה קנטאורי מכילה חור שחור בעל מסה בינונית. בערך 18,000 שנות אור, זוהי הדוגמה הידועה ביותר לחור שחור מאסיבי", אמרה נדין נוימאייר, מנהיגת קבוצה במכון מקס פלנק ו-PI של המחקר. לשם השוואה, החור השחור העל-מאסיבי במרכז שביל החלב נמצא במרחק של כ-27,000 שנות אור.
המאמר פורסם בכתב העת טֶבַע ב-10 ביולי 2024. צפו במחקר מתעורר לחיים ב-8 באוגוסט 2024, בשעה 19:00 בערב, כאשר אניל סת' תציג את הממצאים החד פעמיים הללו בתיאטרון קלארק פלנטריום IMAX.
סרטון זה מראה באופן סכמטי כיצד אומגה Cen 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)
המוני חורים שחורים מגוונים
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 של התפתחות הגלקסיות מעידה כי בגלקסיות המוקדמות ביותר היו צריכים להיות חורים שחורים מרכזיים בגודל בינוני שהיו גדלים עם הזמן, זוללים גלקסיות קטנות יותר או מתמזגות עם גלקסיות גדולות יותר.
כידוע קשה למצוא חורים שחורים בינוניים כאלה. למרות שישנם מועמדים מבטיחים, לא היה גילוי מובהק של חור שחור כזה בעל מסה בינונית – עד כה.
"יש חורים שחורים קצת יותר כבדים מהשמש שלנו שהם כמו נמלים או עכבישים – קשה לזהות אותם, אבל בערך בכל מקום ברחבי היקום. אז יש לך חורים שחורים סופר מסיביים שהם כמו גודזילה במרכזי הגלקסיות שקורעים דברים, ואנחנו יכולים לראות אותם בקלות", אמר מתיו וויטאקר, סטודנט לתואר ראשון באוניברסיטת יוטה ושותף למחקר. "אז החורים השחורים האלה בעלי מסה בינונית הם בערך ברמה של ביגפוט. לזהות אותם זה כמו למצוא את ההוכחות הראשונות לביגפוט – אנשים הולכים להתחרפן."
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)
ממצא מרכזי באמצעות נתונים ארכיוניים
כאשר סת' ונוימאייר תכננו פרויקט מחקר כדי להבין טוב יותר את היסטוריית ההיווצרות של אומגה קנטאורי ב-2019, הם הבינו שהם יכולים ליישב את שאלת החור השחור המרכזי של האשכול אחת ולתמיד. אם הם מצאו כוכבים נעים במהירות סביב מרכזו, היו להם את האקדח המעשן, כמו גם דרך למדוד את מסת החור השחור.
החיפוש המפרך הפך למשימתו של מקסימיליאן הברל, דוקטורנט במכון מקס פלנק. הברל הוביל את העבודה של יצירת קטלוג עצום עבור תנועות הכוכבים באומגה קנטאורי, מדידת המהירויות עבור 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.
"החיפוש אחר כוכבים במהירות גבוהה ותיעוד תנועתם היה החיפוש הפתגם אחר מחט בערימת שחת", אמר הברל. בסופו של דבר, להברל לא רק היה הקטלוג השלם ביותר של תנועת הכוכבים באומגה קנטאורי עד כה, הוא גם מצא שבע מחטים בערימת השחת הארכיונית שלו – שבעה כוכבים מודיעים ונעים במהירות באזור קטן במרכז אומגה. קנטאורי.
גילוי חור שחור
שבעת הכוכבים נעים מהר בגלל נוכחות 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, עם מהירויות וכיווני תנועה שונים, אפשרו לצוות להפריד בין ההשפעות השונות ולקבוע שיש הוא 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 איפשר לצוות גם לצמצם את מיקומו של האזור המרכזי של אומגה קנטאורי בקוטר של 3 חודשי אור (בתמונות, 3 שניות קשת). 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, ואינן משאירות מקום להסברים מלבד חור שחור.
סוף סוף חור שחור בגודל בינוני
בהתחשב בממצאיהם, הצוות מתכנן כעת לבחון את מרכז אומגה קנטאורי ביתר פירוט. סט מאוניברסיטת יוטה מוביל פרויקט שקיבל אישור להשתמש ב טלסקופ החלל ג'יימס ווב למדידת תנועת הכוכב המהיר לעבר כדור הארץ או הרחק ממנו, ויש מכשירים עתידיים (GRAVITY+ בכתובת 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.
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 עבור 1.4 מיליון כוכבים באומגה קנטאורי וסיבובו 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
מחברים אחרים כוללים את חוקרי מכון מקס פלאנק לאסטרונומיה אנטואן דומונט, קאלי קלנץ (גם אוניברסיטת יוטה), אנג'ה פלדמאייר-קראוזה (גם אוניברסיטת וינה) ומריה סלינה ניטשאי בשיתוף פעולה עם אנדריאה בליני (המכון למדע טלסקופ החלל), מתיה ליברלאטו (ESA ו-INAF Padova), הולגר באומגרדט (אוניברסיטת קווינסלנד), 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).
