Hubble afslører koncentration af små sorte huller

Kuglehobe er ekstremt tætte stjernesystemer, hvor stjerner er pakket tæt sammen. De er også typisk meget gamle - den kugleformede klynge, der er fokus for denne undersøgelse, NGC 6397, er næsten lige så gammel som universet selv. Den ligger 7800 lysår væk, hvilket gør den til en af ​​de nærmeste kuglehobe på Jorden. På grund af dens meget tætte kerne, det er kendt som en kerne-kollapseret klynge.

Da Eduardo Vitral og Gary A. Mamon fra Institut d'Astrophysique de Paris satte sig for at studere kernen af ​​NGC 6397, de forventede at finde beviser for et 'mellemmasse' sort hul (IMBH). Disse er mindre end de supermassive sorte huller, der ligger i kernerne af store galakser, men større end sorte huller med stjernemasse dannet ved sammenbrud af massive stjerner. IMBH er det længe søgte manglende led i sort huls evolution, og deres blotte eksistens diskuteres heftigt, selvom der er fundet nogle få kandidater.

For at lede efter IMBH, Vitral og Mamon analyserede positionerne og hastighederne af hobens stjerner. De gjorde dette ved at bruge tidligere skøn over stjernernes egenbevægelser fra Hubble-billeder af hoben, der strækker sig over flere år, ud over de rigtige bevægelser leveret af ESA's Gaia rumobservatorium, som præcist måler positionerne, stjerners afstande og bevægelser. At kende afstanden til hoben gjorde det muligt for astronomerne at omsætte disse stjerners rigtige bevægelser til hastigheder.

"Vores analyse viste, at stjernernes kredsløb er tæt på tilfældige i hele kuglehoben, snarere end systematisk cirkulær eller meget langstrakt, " forklarede Mamon.

"Vi fandt meget stærke beviser for usynlig masse i de tætte centrale områder af klyngen, men vi var overraskede over at opdage, at denne ekstra masse ikke er punktlignende, men udvidet til et par procent af klyngens størrelse, " tilføjede Vitral.

Denne usynlige komponent kunne kun bestå af resterne (hvide dværge, neutronstjerner, og sorte huller) af massive stjerner, hvis indre områder kollapsede under deres egen tyngdekraft, når deres nukleare brændstof var opbrugt. Stjernerne sank gradvist til hobens centrum efter gravitationsinteraktioner med nærliggende mindre massive stjerner, fører til det lille omfang af den usynlige massekoncentration. Ved at bruge teorien om stjernernes evolution, forskerne konkluderede, at hovedparten af ​​den usete koncentration er lavet af sorte huller med stjernemasse, frem for hvide dværge eller neutronstjerner, der er for svage til at observere.

To nyere undersøgelser havde også foreslået, at stjernerester og især sorte huller med stjernemasse, kunne befolke de indre områder af kuglehobe.

"Vores undersøgelse er det første fund, der giver både massen og omfanget af, hvad der ser ud til at være en samling af for det meste sorte huller i en kerne-kollapseret kugleklynge, " sagde Vitral.

"Vores analyse ville ikke have været mulig uden at have både Hubble-dataene til at begrænse de indre områder af hoben og Gaia-dataene til at begrænse de ydre stjerners orbitale former, som igen indirekte begrænser hastighederne af forgrunds- og baggrundsstjerner i de indre områder, " tilføjede Mamon, vidner om et forbilledligt internationalt samarbejde.

Astronomerne bemærker også, at denne opdagelse rejser spørgsmålet om, hvorvidt sammensmeltninger af disse tætpakkede sorte huller i kerne-kollapserede kuglehobe kan være en vigtig kilde til gravitationsbølger, der for nylig blev opdaget af Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) eksperimentet.