Lehet, hogy a jól ismert és 5500 fényéves távolságával az objektumtípus legközelebbikének tartott Messier 4 gömbhalmaz központjában egy közepes tömegű fekete lyuk rejtőzködik – de a bizonyítékok még nem teljesen meggyőzőek.

A Hubble-űrtávcső felvétele a Messier 4 gömbhalmazról.
(Forrás: NASA / ESA / Eduardo Vitral (STScI))

Egy nemrég megjelent tanulmány szerint kutatók a Hubble-űrtávcső és a Gaia asztrometriai űrszonda adataiban arra utaló jeleket találtak, hogy a Skorpió csillagképben látszó Messier 4 gömbhalmaz központjában egy közepes tömegű fekete lyuk rejtőzik. Ha a sejtés igazolást nyer, akkor biztosra vehetjük, hogy ezeknek a „hiányzó láncszemeknek” egy része sűrű csillaghalmazokban rejtőzhet.

Láttunk már bizonyítékot a csillagtömegű fekete lyukak létezésére, amelyek összeomlott csillagok maradványai, és megfigyeltünk szupernagy tömegű fekete lyukakat galaxisok központjában. De a két típus között van egy rejtélyes szakadék: még sosem láttunk meggyőző bizonyítékot a közepes tömegű fekete lyukak létezésére.

Korábbi megfigyelések azonban már utaltak rájuk. A LIGO és a Virgo gravitációs hullámokat észlelő műszerek 2020-ban megfigyelték egy nagyjából 150 naptömegű feketelyuk-kettős összeolvadását. Röntgenmegfigyelések több közepes tömegű fekete lyukat is felfedtek törpegalaxisok központjában, és van néhány ígéretes észlelés csillaghalmazokban is.

A gömbhalmazok különösen érdekes célpontok, ha közepes tömegű fekete lyukakat keresünk. Ezek a gömb alakú csillagcsoportosulások több tízezer vagy akár millió csillagot is tartalmazhatnak olyan sűrűn, hogy nem tudjuk pontosan még azt sem, hogy hol a központjuk.

Eduardo Vitral (Space Telescope Science Institute) kutatócsoportja elemezte a csillagok mozgását, miközben azok a Messier 4 gömbhalmaz központja körül száguldottak. A Hubble megmérte a központi csillagok sajátmozgását, a Gaia pedig magának a halmaznak az alakját és tömegét mérte fel 6000 egyedi csillag megfigyelési adatai alapján.

„Modelleztünk néhány lehetséges forgatókönyvet.” – mondja Vitral. „Először is azt, hogy egy közepes tömegű fekete lyuk milyen hatással lehet a halmaz csillagainak mozgására, összehasonlítva néhány csillagméretű fekete lyukkal, valamint azzal a lehetőséggel, hogy nincs fekete lyuk.” A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a csillagok mozgása egyetlen közepes tömegű fekete lyuk jelenlétére utal, amely nagyjából 800 naptömegű. A másik lehetőség, hogy egy csillagmaradványokból álló raj van a központban, amelyben fekete lyukak, neutroncsillagok vagy fehér törpék is lehetnek.

Nem mindenki ért egyet azzal, hogy az M4-hez hasonló gömbhalmazokban kell a közepes tömegű fekete lyukakat keresnünk. „Biztosan vannak olyan gömbhalmazok, amelyekben vannak közepes tömegű fekete lyukak, például az Omega Centauri vagy az NGC 6388, de az M4 szerintem teljesen átlagos.” – figyelmeztet Holger Baumgardt (University of Queensland), aki nem vett részt a kutatásban. „Ezek az eredmények a modelltől függenek. Én modelleztem az M4-et, és nem gondolom, hogy a közepes tömegű fekete lyukra szükség van. Ez biztosan nem végleges.” (Baumgardt elemzése itt érhető el.)

Baumgardt szerint Vitral modellje nem számol a tömegszegregációval, ami azt jelenti, hogy a nagyobb tömegű csillagok fokozatosan „lesüllyednek” a halmaz központjához, míg könnyebb társaik a halmaz szélére vándorolnak. Ha számításba vesszük ezt a hatást is, elképzelhető, hogy a csillagoknak a Hubble és a Gaia által megfigyelt sajátmozgása a magban magyarázható olyan csillagmaradványok központi koncentrációjával, mint a neutroncsillagok vagy a fehér törpék.

Vitral azzal érvel, hogy a tömegszegregáció hatásai kisebbek lennének, mint az adatkészletük bizonytalanságai. Azzal azonban egyetért, hogy az eredmények nem meggyőzőek, de hozzáteszi, hogy ez a tanulmány alapvetően előkészíti a terepet a későbbi kutatásoknak.

Remélhetőleg a halmaz további megfigyelése a Hubble- és a Webb-űrtávcsővel lehetővé teszi, hogy hosszabb ideig mérjük a csillagok sajátmozgását és fényességét. A mérések minőségének javítása segíthet határozottabb választ adni arra a kérdésre, hogy mi rejtőzik az M4 (és a többi gömbhalmaz) magjában.

Forrás: Sky & Telescope