Astronomer har varit fascinerade av kulakluster sedan de först observerades på 1600-talet. Dessa sfäriska stjärnsamlingar hör till de äldsta kända stjärnsystemen i universum, som går tillbaka till det tidiga universum när galaxer just började växa och utvecklas. Sådana kluster kretsar kring centra för de flesta galaxer, med över 150 kända för att tillhöra mjölkvägen ensam.
En av dessa kluster kallas NGC 3201, ett kluster som ligger ungefär 16 300 ljusår bort i den södra stjärnbilden Vela. Med hjälp av ESO: s Very Large Telescope (VLT) vid Paranal Observatory i Chile studerade ett team av astronomer nyligen detta kluster och märkte något mycket intressant. Enligt studien som de släppte verkar detta kluster ha ett svart hål inbäddat i det.
Studien dök upp i Månadsmeddelanden från Royal Astronomical Society under titeln ”En fristående svartmassakandidat i stjärnmassan i det globulära klustret NGC 3201”. Studien leddes av Benjamin Giesers från Georg-August-universitetet i Göttingen och inkluderade medlemmar från Liverpool John Moores University, Queen Mary University of London, Leiden Observatory, Institute of Astrophysics and Space Sciences, ETH Zurich och Leibniz Institute för Astrophysics Potsdam (AIP).
För studiens skull förlitade teamet sig på Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) -instrumentet på VLT för att observera NGC 3201. Detta instrument är unikt på grund av hur det gör det möjligt för astronomer att mäta rörelserna hos tusentals långt borta stjärnor samtidigt . Under deras observationer fann teamet att en av klusterens stjärnor slängdes runt med hastigheter på flera hundra kilometer i timmen och med en period på 167 dagar.
Som Giesers förklarade i ett ESO: s pressmeddelande:
“Det kretsade om något som var helt osynligt, som hade en massa mer än fyra gånger solen - detta kunde bara vara ett svart hål! Den första som hittas i ett globalt kluster genom att direkt observera gravitationsdragningen.”
Denna upptäckt var ganska oväntad och utgör första gången som astronomer har kunnat upptäcka ett inaktivt svart hål i hjärtat av ett kulformat kluster - vilket innebär att det för närvarande inte är tillträdande materia eller omgiven av en glödande skiva med gas. De kunde också uppskatta det svarta hålets massa genom att mäta stjärnans rörelser runt den och därmed extrapolera dess enorma gravitationella drag.
Från dess observerade egenskaper bestämde teamet att den snabbt rörliga stjärnan är ungefär 0,8 gånger massan av vår sol och massan av dess svarthåls motsvarighet att vara cirka 4,36 gånger solens massa. Det här är det i kategorin "stellar-massa svart hål", som är stjärnor som överstiger maximal neutröstjärna för en neutronstjärna, men är mindre än supermassiva svarta hål (SMBH) - som finns i centrum för de flesta galaxer.
Detta konstaterande är mycket betydelsefullt, och inte bara för att det var första gången som astronomer har observerat ett svart hål i stjärnmassan i ett kulformat kluster. Dessutom bekräftar det vad forskare har misstänkt i några år nu, tack vare radio- och röntgenstudier av kulakluster och upptäckten av tyngdkraftsvågsignaler. I grunden indikerar det att svarta hål är vanligare i kulakluster än tidigare trott.
"Fram till nyligen antogs att nästan alla svarta hål försvann från kulakluster efter kort tid och att system som detta inte ens borde existera!" sa Giesers. ”Men helt klart är detta inte fallet - vår upptäckt är den första direkta upptäckten av gravitationseffekterna av ett svartvitt hål i en kulakluster. Detta fynd hjälper till att förstå bildningen av kulakluster och utvecklingen av svarta hål och binära system - avgörande för att förstå gravitationsvågkällor. "
Detta fynd var också betydande med tanke på att förhållandet mellan svarta hål och kulakluster fortfarande är en mystisk, men mycket viktig. På grund av deras stora massor, kompakta volymer och stora åldrar tror astronomer att kluster har producerat ett stort antal svarta hål i stjärnmassan under universums historia. Denna upptäckt kunde därför berätta mycket om bildandet av kulakluster, svarta hål och ursprunget till gravitationella våghändelser.
Och se till att njuta av denna ESO-podcast som förklarar den senaste upptäckten:
