Астрономи з незвичайної поведінки зірки в шаровому скупченні NGC 3201 виявили невидиму чорну діру з масою близько чотирьох сонячних. Це перший випадок реєстрації неактивної чорної діри зоряної маси в шаровому скупченні і перше пряме виявлення чорної діри за її гравітаційним тяжінням. Відкриття, про яке розповідається статті, прийнятої до публікації в (pdf) і в прес-релізі ESO, допоможе більше дізнатися про утворення шарових скупчень і чорних дір.
Шарові скупчення містять десятки і сотні тисяч зірок, і розташовуються на периферії більшості галактик. Це одні з найстаріших з відомих у Всесвіті зоряних систем, що виникли ще в початкову епоху освіти та еволюції галактик. Шарові скупчення досить поширені в Чумацькому Шляху, сьогодні відомо понад 150 таких об'єктів.
Автори нової статті під керівництвом Бенджаміна Гізерса (Benjamin Giesers) з Геттінгенського університету вивчили одне з таких скупчень, NGC 3201, розташоване в південному сузір'ї Вітрила. Вони досліджували його за допомогою приймача MUSE, змонтованого на телескопі VLT в Чилі. Дослідницька група виявила, що одна з зірок в NGC 3201, що наближається до заключного етапу еволюції, веде себе дуже дивно - вона рухалася то вперед, то назад щодо спостерігача з радіальною швидкістю в кілька сотень тисяч кілометрів на годину, і така поведінка повторювалася з періодом в 167 днів.
Вчені пояснили спостережуване ними явище присутністю іншого об'єкта поруч. "Вона [зірка] рухається по орбіті навколо чогось абсолютно невидимого, що має масу більше чотирьох сонячних мас. І це "щось" може бути тільки чорною дірою - першою чорною дірою, відкритою в шаровому скупченні за прямою реєстрацією її гравітаційного тяжіння! ", - коментує Гізерс.
За оцінками вчених, маса зірки в скупченні NGC 3201 становить близько 0,8 сонячних. У цьому випадку, виходячи з вимірених параметрів, маса її компаньйона повинна досягати близько 4,36 сонячних, що добре узгоджується з припущенням про те, що це чорна діра.
Раніше вважалося, що більшість чорних дір мала за короткий час зникнути з шарових скупчень. В умовах відсутності постійного зореутворення чорні діри зоряних мас швидко стають наймасивнішими об'єктами. Згідно з останніми теоріями, вони утворюють у скупченні щільне ядро, яке ізолюється від решти речовини. Рух у центральній області скупчення поступово призводить до того, що більшість чорних дір викидається назовні, і через кілька мільярдів років їх залишається зовсім небагато.
"Таких систем, як виявлена нами, взагалі не повинно бути! Тепер ясно, що це не так. Наше відкриття - перша пряма реєстрація гравітаційного тяжіння чорної діри зоряної маси в шаровому скупченні. Це дуже важливо для розуміння процесів формування шарових скупчень, еволюції чорних дір і подвійних систем, і особливо джерел гравітаційних хвиль ", - підсумовує Гізерс.
Нещодавно вчені припустили, що в шарових скупченнях може ховатися велика кількість темної матерії або надмасивні чорні дири. За словами авторів, це не узгоджується зі звичними уявленнями про те, що шарові скупчення практично позбавлені темної матерії.