Впервые астрономы зафиксировали существование черной дыры звездной массы в шаровом скоплении Омега Центавра, которое является одним из самых крупных и насыщенных звёздными системами образований нашей Галактики. Для осуществления открытия исследователи проанализировали более двух десятилетий архивных данных, полученных с помощью космического телескопа «Хаббл» NASA, а также провели дополнительные наблюдения при помощи космической обсерватории «Джеймс Уэбб». Описание находки было опубликовано в научном издании The Astrophysical Journal Letters.

Шаровое скопление Омега Центавра объединяет приблизительно 10 миллионов звёзд, удерживаемых вместе гравитационным взаимодействием. Предыдущие наблюдения с использованием «Хаббла» указывали на вероятность наличия в центре этого образования черной дыры средней массы, однако существовали и расчеты, предсказывающие наличие около десяти тысяч более компактных чёрных дыр звездной массы – остатков массивных звёзд, завершивших свое эволюционное развитие взрывными процессами.

До настоящего момента выявление подобных объектов представлялось сложной задачей: предыдущие попытки поиска основывались на определении скоростей движения звезд вдоль линии обзора или регистрации рентгеновского и радиоизлучения вещества, аккрецирующего на черную дыру.

Новооткрытый объект получил наименование oMEGACat BH-2. Его идентификация стала возможной благодаря применению астрометрии – техники, позволяющей фиксировать незначительные изменения в положении звёзд на небе с течением времени. Специалисты отследили траекторию видимой звезды-спутника, расположенной примерно в 18 тысячах световых лет от Земли, и установили, что она вращается вокруг невидимого массивного тела. Анализ движения показал, что этим телом вполне может быть черная дыра.

На основе анализа исторических изображений, полученных телескопом «Хаббл» в период между 2002 и 2023 годами, а также инфракрасных данных с аппарата «Уэбб», исследователи смогли более точно определить массу этой системы. Масса видимой звезды приблизительно равна 0,78 солнечной массы, тогда как масса её невидимого партнёра составляет около 4,46 солнечных масс. Это позволяет исключить возможность наличия нейтронной звезды, поскольку для объекта такого размера это было бы слишком много вещества, но при этом чёрная дыра оказалась менее массивной, чем предполагалось исходя из характеристик окружающей среды в Омеге Центавра с дефицитом тяжёлых элементов.

Примечательной чертой системы oMEGACat BH-2 является её траектория: звезда совершает полный оборот вокруг чёрной дыры за 94 года. Этот интервал времени – самый продолжительный из всех известных двойных систем, содержащих чёрные дыры. Ученые полагают, что эта система не сформировалась одновременно; чёрная дыра и звезда могли сойтись уже в рамках плотного звёздного скопления посредством динамического взаимодействия с другими небесными телами.

Исследование подобных систем способно пролить свет на процессы формирования черных дыр и создания двойных объектов, которые впоследствии могут генерировать гравитационные волны при объединении. Исследовательская группа намерена продолжить поиск аналогичных объектов в Омеге Центавра и других шаровых скоплениях. Будущие наблюдения с космического телескопа Нэнси Грейс Роман смогут расширить эти исследования, обеспечивая систематическую съёмку густонаселённых областей галактики с высоким разрешением.