Στην καρδιά μιας σφαίρας αστεριών που κινούνται μέσα από τον Γαλαξία μας κρύβεται ένα θηρίο.
Βρίσκεται περίπου 6.000 έτη φωτός μακριά, ένα σφαιρικό σμήνος γνωστό ως Messier 4 φαίνεται να συγκεντρώνεται γύρω από μια μαύρη τρύπα περίπου 800 φορές τη μάζα του Ήλιου μας.
Αυτό δεν είναι ένα πούπουλο, αλλά δεν είναι ούτε κολοσσός. Στην πραγματικότητα, το αντικείμενο πέφτει σε ένα ενδιάμεσο εύρος μάζας που φαίνεται σπάνια, μεταξύ του μικρότερου μαύρες τρύπες και υπερμεγέθη τσόνκερ.
Μέχρι στιγμής, οι μόνες μας ανιχνεύσεις για αυτές τις ενδιάμεσες μαύρες τρύπες ήταν ως επί το πλείστον έμμεσες και ασαφείς, και αυτή δεν αποτελεί εξαίρεση.
Ωστόσο, είναι ένας από τους καλύτερους υποψηφίους μέχρι στιγμής, και αρκετά κοντά ώστε η περαιτέρω μελέτη μπορεί να γίνει σχετικά εύκολα. Αυτό θα μπορούσε να μας βοηθήσει τελικά να βρούμε οριστικά ένα από αυτά τα άπιαστα αντικείμενα και να λύσουμε ένα από τα πιο περίπλοκα μυστήρια των μαύρων τρυπών.
«Η επιστήμη σπάνια αφορά την ανακάλυψη κάτι καινούργιου σε μια μόνο στιγμή», λέει ο αστρονόμος Timo Prusti της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας. «Πρόκειται για ένα πιο σίγουρο συμπέρασμα βήμα προς βήμα, και αυτό θα μπορούσε να είναι ένα βήμα για να είμαστε σίγουροι ότι υπάρχουν μαύρες τρύπες μέσης μάζας».
Έχουμε εντοπίσει μεγάλο αριθμό μαύρων τρυπών στο Σύμπαν και υπάρχει κάτι πολύ περίεργο στη μαζική κατανομή τους. Υπάρχουν δύο διαφορετικοί πληθυσμοί: μαύρες τρύπες αστρικής μάζας, έως και 100 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου. και υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, που βρίσκονται στην καρδιά των γαλαξιών και χρονολογούνται από εκατομμύρια έως δισεκατομμύρια ήλιους.
Στη μέση αυτών των δύο σειρών μάζας είναι…πολύ τίποτα, στην πραγματικότητα. Αυτό είναι ένα μεγάλο αίνιγμα, το οποίο είναι βασικά, γιατί στο διάολο όχι; Δεν υπάρχουν απλώς μαύρες τρύπες μέσης μάζας εκεί έξω; Ή είναι εκεί έξω και απλά δεν μπορούμε να τα εντοπίσουμε για κάποιο λόγο;
Γνωρίζουμε πώς σχηματίζονται οι μαύρες τρύπες αστρικής μάζας: κατάρρευση του πυρήνα μεγάλων αστεριών και συγχωνεύσεις μεταξύ αυτών των αντικειμένων. Αλλά δεν είμαστε τόσο σίγουροι για το σχηματισμό υπερμεγέθων μαύρων τρυπών. Αναπτύσσονται από διαδοχικές συγχωνεύσεις μικρότερων μαύρων τρυπών ή ρουφούν υλικό και μεγαλώνουν;
Οι μαύρες τρύπες μέσης μάζας θα ήταν μια ένδειξη, υποδηλώνοντας ότι μπορεί να ξεκινήσουν μικρές και να μεγαλώσουν με την πάροδο του χρόνου. Σίγουρα θα ήταν πολύ λογικό, αλλά η έλλειψη τους είναι ένα αρκετά αποτελεσματικό εμπόδιο σε αυτήν την ιδέα.
Μια πιθανή τοποθεσία όπου αυτές οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να κρύβονται είναι στην καρδιά των σφαιρικών σμηνών. Αυτά είναι απίστευτα πυκνά και εντυπωσιακά σφαιρικά σμήνη με περίπου 100.000 έως 1 εκατομμύριο αστέρια, τα περισσότερα από τα οποία σχηματίστηκαν ταυτόχρονα από το ίδιο νέφος αερίων. Προηγούμενες μελέτες που επικεντρώθηκαν σε σφαιρωτά σμήνη έχουν βρει υψηλές συγκεντρώσεις μάζας στα κέντρα τους, σύμφωνες με το εύρος μάζας των μαύρων τρυπών μέσης μάζας.
Το Μεσιέ 4 είναι το πλησιέστερο σφαιρωτό σμήνος στη Γη. Με επικεφαλής τον αστρονόμο Eduardo Vitral του Επιστημονικού Ινστιτούτου του Διαστημικού Τηλεσκοπίου, μια ομάδα ερευνητών χρησιμοποίησε δύο ισχυρά διαστημικά τηλεσκόπια, το Hubble και το Gaia, για να ρίξουν μια προσεκτική ματιά στα αστέρια μέσα. Παρακολούθησαν τις κινήσεις περίπου 6.000 αστεριών στο σμήνος, για να δουν αν μπορούσαν να συνδέσουν αυτές τις κινήσεις με τροχιές γύρω από μια μικρή, πυκνή μάζα.
Συνήθως δεν μπορούμε να δούμε μαύρες τρύπες αν δεν συσσωρεύουν ενεργά ύλη, αλλά αυτές οι τροχιές θα ήταν μια αρκετά αξιόπιστη ένδειξη. Και οι υπολογισμοί του αποκάλυψαν κάτι, με μάζα περίπου 800 ηλιακές μάζες. Αν και δεν είναι ξεκάθαρο τι θα μπορούσε να είναι αυτό.
frameborder=”0″ allow=”accelerometer; αυτοαναπαραγωγή? Πρόχειρο-εγγραφή? κρυπτογραφημένα μέσα. γυροσκόπιο; εικόνα σε εικόνα? web-share” allowfullscreen>
«Χρησιμοποιώντας τα πιο πρόσφατα δεδομένα από τη Γαία και το Χαμπλ, δεν ήταν δυνατό να γίνει διάκριση μεταξύ ενός σκοτεινού πληθυσμού αστρικών υπολειμμάτων και μιας μεγαλύτερης ενιαίας σημειακής πηγής», λέει ο Βιτάλ. «Έτσι, μια από τις πιθανές θεωρίες είναι ότι αντί να είναι πολλά ξεχωριστά μικρά σκοτεινά αντικείμενα, αυτή η σκοτεινή μάζα θα μπορούσε να είναι μια μεσαίου μεγέθους μαύρη τρύπα».
Για να προσπαθήσει να το μειώσει, η ομάδα πραγματοποίησε μοντελοποίηση, αφαιρώντας αστέρια για να δει πώς αυτό αλλάζει το σχήμα της μάζας. Αφαιρώντας ένα ιδιαίτερα ταχέως κινούμενο αστέρι, η μάζα απλώνεται σε μεγαλύτερη απόσταση, όπως μπορεί να φανεί σε ένα σμήνος από μικρότερες μαύρες τρύπες και αστέρια νετρονίων. Αργότερα μοντέλα έδειξε ότι η μάζα δεν εκτείνεται σε μια αρκετά μεγάλη περιοχή του χώρου ώστε να είναι ένα σμήνος.
Επίσης, ένα σμήνος από μαύρες τρύπες θα ήταν τόσο κοντά η μία στην άλλη που ουσιαστικά θα δημιουργούσαν ένα χάος. Οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις θα έστελναν αστέρια να πετάξουν έξω από το σμήνος, διαδίδοντάς το χαωδώς Μέσα από τον ουρανό Στην πραγματικότητα, μπορεί να έχουμε ήδη δει τα αποτελέσματα αυτού στο α αστρικό σμήνος που ονομάζεται Palomar 5.
“Είμαστε πολύ σίγουροι ότι έχουμε μια πολύ μικρή περιοχή με πολλή συγκεντρωμένη μάζα. Είναι περίπου τρεις φορές μικρότερη από την πιο πυκνή σκοτεινή μάζα που έχουμε βρει στο παρελθόν σε άλλα σφαιρικά σμήνη”, λέει ο Vitral.
“Ενώ δεν μπορούμε να δηλώσουμε πλήρως ότι είναι ένα κεντρικό σημείο βαρύτητας, μπορούμε να δείξουμε ότι είναι πολύ μικρό. Είναι πολύ μικρό για να το εξηγήσουμε διαφορετικά από το ότι είναι μια ενιαία μαύρη τρύπα. Εναλλακτικά, θα μπορούσε να υπάρχει ένας αστρικός μηχανισμός που απλά δεν ξέρω για, τουλάχιστον στην τρέχουσα φυσική».
Έτσι, χωρίς νέα φυσική ή αόρατα αστέρια, μια μαύρη τρύπα μέσης μάζας φαίνεται η πιο πιθανή εξήγηση προς το παρόν. Ωστόσο, ένας πληθυσμός μικρότερων μαύρων τρυπών εξακολουθεί να είναι μια ρεαλιστική εξήγηση. Οι ερευνητές συμβουλεύουν περαιτέρω παρατηρήσεις του σμήνου χρησιμοποιώντας το Hubble και το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb για να περιορίσουν καλύτερα τις κινήσεις των αστεριών μέσα σε αυτό.
Τα ευρήματα έχουν δημοσιευθεί στο Μηνιαίες Ανακοινώσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας.