Na detekciu siedmich rýchlo sa pohybujúcich hviezd v najvnútornejšej oblasti Omega Centauri, najväčšej a najjasnejšej guľovej hviezdokopy na oblohe použil medzinárodný tím astronómov viac ako 500 snímok z HST zhotovených počas dvoch desaťročí. Tieto hviezdy poskytujú presvedčivé nové dôkazy o prítomnosti stredne hmotnej čiernej diery.

Stredne hmotné čierne diery (IMBH) sú dlho hľadaným „chýbajúcim článkom“ vo vývoji čiernych dier. Doteraz sa našlo len niekoľko ďalších kandidátov na IMBH. Väčšina známych čiernych dier je buď extrémne hmotná, ako napríklad supermasívne čierne diery nachádzajúce sa v jadrách veľkých galaxií, alebo relatívne „ľahká“ s hmotnosťou nižšou ako 100 násobok hmotnosti Slnka. Čierne diery sú jedným z najextrémnejších prostredí, aké poznáme. Preto nám pomáhajú testovať fyzikálne zákony a revidovať náš pohľad na fungovanie vesmíru. Ak IMBH existujú, aké sú bežné? Rastie supermasívna čierna diera z IMBH? Ako vznikajú samotné IMBH? Sú husté hviezdokopy ich obľúbeným domovom?

Omega Centauri, viditeľná voľným okom, je jedným z obľúbených nebeských objektov pre pozorovateľov hviezd na južnej pologuli. Hoci je vzdialená 17 000 svetelných rokov a leží tesne nad rovinou Mliečnej cesty, pri pohľade z tmavej vidieckej oblasti sa zdá byť veľká takmer ako Mesiac v splne. Presná klasifikácia Omega Centauri sa časom vyvíjala, keďže sa zlepšovala aj naša schopnosť ju študovať. Prvýkrát bola uvedená v Ptolemaiovom katalógu pred takmer 2000 rokmi ako jedna hviezda. Edmond Halley ju v roku 1677 označil ako hmlovinu a v 30. rokoch 19. storočia ju anglický astronóm John Herschel ako prvý rozpoznal ako guľovú hviezdokopu.

Guľové hviezdokopy zvyčajne pozostávajú až z jedného milióna starých hviezd pevne spojených gravitáciou. Nájdeme ich na okraji, ale hlavne v centrálnych oblastiach mnohých galaxií, vrátane našej. Omega Centauri má niekoľko charakteristík, ktoré ju odlišujú od iných guľových hviezdokôp: rotuje rýchlejšie ako obyčajná guľová hviezdokopa a jej tvar je veľmi sploštený. Omega Centauri je navyše asi 10-krát hmotnejšia ako iné veľké guľové hviezdokopy, takmer taká hmotná ako malá galaxia.

Omega Centauri pozostáva z približne 10 miliónov hviezd. Medzinárodný tím teraz zhotovil obrovský katalóg pohybov týchto hviezd. Zmeral rýchlosti pre 1,4 milióna hviezd skúmaním viac ako 500 snímok hviezdokopy. Väčšina z týchto pozorovaní bola určená skôr na kalibráciu prístrojov HST ako na vedecké účely, ale ukázalo sa, že sú ideálnou databázou pre výskum vedeckého tímu. Rozsiahly katalóg, ktorý je doteraz najväčším katalógom pohybov pre akúkoľvek hviezdokopu, bude aj verejne dostupný.

„Objavili sme sedem hviezd, ktoré by tam nemali byť,“ vysvetlil Maximilian Häberle z Inštitútu Maxa Plancka pre astronómiu v Nemecku, vedúci výskumu. „Pohybujú sa tak rýchlo, že by mali z hviezdokopy uniknúť a už sa nikdy nevrátiť. Najpravdepodobnejšie vysvetlenie je, že tieto hviezdy sú gravitačne priťahované veľmi hmotným objektom, ktorý ich drží v blízkosti stredu hviezdokopy. Jediný objekt, ktorý to dokáže, je čierna diera s hmotnosťou najmenej 8200 násobkom hmotnosti Slnka.

Prítomnosť IMBH v Omega Centauri už naznačilo niekoľko starších štúdií. Iné štúdie však navrhli, že potrebná hmotnosť by mohla byť tvorená centrálnym zhlukom hviezdnych čiernych dier, a že nedostatok hviezd pohybujúcich sa rýchlosťou väčšou ako je úniková rýchlosť spôsobil, že prítomnosť IMBH je v porovnaní s nimi menej pravdepodobná.

"Tento objav je doteraz najpriamejším dôkazom IMBH v Omega Centauri," dodala vedúca tímu Nadine Neumayer, tiež z Inštitútu Maxa Plancka pre astronómiu, ktorá štúdiu iniciovala. „Je to vzrušujúce, pretože iných čiernych dier s podobnou hmotnosťou je známych len veľmi málo. Čierna diera v Omega Centauri môže byť najlepším príkladom IMBH v našom kozmickom susedstve.“

Ak sa objav potvrdí, kandidát na IMBH sa k nám pri vzdialenosti 17 000 svetelných rokov nachádza bližšie ako čierna diera s hmotnosťou 4,3 milióna slnečných hmotností v strede Mliečnej cesty, ktorá je vzdialená 26 000 svetelných rokov. Okrem galaktického centra by to bol tiež jediný známy prípad množstva hviezd tesne viazaných na hmotnú čiernu dieru.

Vedecký tím teraz dúfa, že sa mu čiernu dieru podarí charakterizovať. Hoci sa predpokladá, že má najmenej 8200 hmotností Slnka, jej presná hmotnosť a presná poloha nie sú úplne známe. Tím má tiež v úmysle študovať obežné dráhy rýchlo sa pohybujúcich hviezd, čo si vyžaduje dodatočné merania ich rýchlostí. Tímu bol k tomuto výskumu poskytnutý pozorovací čas na vesmírnom ďalekohľade Jamesa Webba a jeho požiadavky evidujú aj na iných observatóriách.

Omega Centauri bola tiež súčasťou nedávno vydaného katalógu údajov z misie  Gaia, ktorý obsahoval viac ako 500 000 hviezd. „Aj po 30 rokoch je HST stále jedným z najlepších nástrojov pre vysoko presnú astrometriu v preplnených hviezdnych poliach, regiónoch, kde môže poskytnúť vyššiu citlivosť v pozorovaní so sondou Gaia,“ uvádza člen tímu Mattia Libralato z Národného inštitútu pre astrofyziku v Taliansku (INAF) a predtým AURA pre Európsku vesmírnu agentúru. "Naše výsledky ukazujú vysoké rozlíšenie a citlivosť HST, ktoré nám poskytujú vzrušujúce nové vedecké poznatky a dávajú nový impulz téme IMBH v guľových hviezdokopách."