James Webb ponovno traga za crnom rupom srednje mase u Omegi Centauri

Astronomi već desetljećima pokušavaju potvrditi postojanje crnih rupa srednje mase, objekata koji bi trebali popunjavati jaz između zvjezdanih crnih rupa i supermasivnih divova u središtima galaksija. Teorija predviđa njihovo postojanje, a više kandidata nalazi se u različitim zvjezdanim sustavima. No nijedan do danas nije dobio općeprihvaćenu potvrdu. U novom radu tim istraživača okrenuo se svemirskom teleskopu James Webb kako bi ponovno razmotrio jedan od najpoznatijih kandidata, onaj u kuglastom skupu Omega Centauri.

Omega Centauri kao sumnjivac

Omega Centauri udaljena je oko 17 tisuća svjetlosnih godina i sadrži oko deset milijuna zvijezda. Dugo se smatrala jednom zvijezdom, no suvremena promatranja otkrivaju gust, složen skup koji bi mogao predstavljati jezgru nekadašnje patuljaste galaksije koju je Mliječna staza postupno rastrgala. Ako se u toj preostaloj jezgri nalazi crna rupa srednje mase, njezina bi gravitacija trebala ostaviti prepoznatljiv trag u gibanju okolnih zvijezda.

Upravo je to potaknulo novo zanimanje za ovaj skup. Rad objavljen 2024. godine identificirao je sedam zvijezda u središtu Omege Centauri koje se kreću većim brzinama od brzine bijega. Njihovo zadržavanje u središtu upućuje na snažan gravitacijski izvor. Najizglednije objašnjenje jest crna rupa mase između 100 i 1000 Sunaca, iako su prijašnje analize sugerirale širi raspon od 39 tisuća do 47 tisuća Sunčevih masa, uz donju teorijsku granicu od 8200 Sunčevih masa.

James Webb i tragovi akrecije

Crne rupe ne mogu se vidjeti izravno, ali se njihova prisutnost prepoznaje po gravitacijskom utjecaju na okolne zvijezde i po zračenju koje nastaje dok privlače tvar iz okoline. U najnovijem znanstvenom radu tim pod vodstvom Stevena Chena sa Sveučilišta George Washington u Washingtonu iskoristio je podatke instrumenata MIRI i NIRCam na teleskopu James Webb kako bi u središtu skupa potražio infracrvene tragove akrecije.

Potraga za crnim rupama srednje mase u kuglastim skupovima može se temeljiti na izravnom otkrivanju zračenja koje crna rupa emitira ili na neizravnom opažanju njezina učinka na dinamiku skupa. Prethodna promatranja u radijskom i rendgenskom području već su suzila procjene mase mogućeg objekta, a podaci teleskopa James Webb donose osjetljivost koja omogućuje znatno preciznije prepoznavanje slabih izvora u infracrvenom spektru.

Analiza pokazuje da se u Omegi Centauri ne vidi izvor zračenja koji bi bio u skladu s crnom rupom mase 8200 Sunčevih masa. Umjesto toga, podaci upućuju na znatno masivniji objekt, oko 20 tisuća Sunčevih masa, no ni taj rezultat za sada nije konačan.

Ograničenja zbog gustoće zvijezda

Središte Omege Centauri jedno je od najgušćih poznatih zvjezdanih okruženja i upravo to čini potragu za slabim infracrvenim izvorima izuzetno zahtjevnom. Ono što se na snimci čini jednom točkom često je superpozicija dviju ili više zvijezda.

Procjenjuje se da se u prostoru veličine jedne svjetlosne godine može nalaziti i nekoliko desetaka tisuća zvijezda, a cijeli je skup udaljen oko 17 tisuća svjetlosnih godina, što dodatno otežava razdvajanje pojedinačnih izvora.

Autori ističu: “Unatoč iznimnoj dubini i razlučivosti koje JWST omogućuje, potraga za signalima crne rupe srednje mase u ovako zagušenom okruženju ostaje vrlo zahtjevna.” Objašnjavaju da osjetljivost mjerenja snažno ovisi o blizini svijetlih zvijezda, ali i o modelu akrecije te pretpostavljenoj količini tvari koju bi crna rupa mogla privlačiti.

Iako novi podaci ne daju konačan odgovor, daljnje sužavanje mogućeg raspona masa važan je korak u razumijevanju ovih rijetkih i teško uhvatljivih objekata. Svako novo ograničenje približava istraživače jasnijoj slici o tome može li Omega Centauri doista skrivati crnu rupu srednje mase.

Pogled prema sljedećim opažanjima

Autori očekuju da će teleskop James Webb i u idućim godinama imati ključnu ulogu. Buduća JWST opažanja mogu dodatno poboljšati mjerenja vlastitih gibanja zvijezda dobivena tijekom dvadeset godina opažanja teleskopom Hubble. Veća dubina i stabilnost Webbovih snimki trebale bi otkriti i druge brze zvijezde koje su do sada bile previše slabe da bi ih se razlikovalo od pozadine.

Ako crna rupa doista postoji u središtu skupa, čini se da vrlo slabo akretira, jer ne emitira zračenje koje bi bilo lako uočiti. Autori zaključuju: “Ako buduća mjerenja vlastitih gibanja dodatno učvrste dokaze o postojanju crne rupe srednje mase u Omegi Centauri, ograničenja njezina zračenja mogla bi pomoći u preciziranju modela crnih rupa u režimima izrazito niske akrecije.”

Potvrda crnih rupa srednje mase vjerojatno neće stići jednim naglim otkrićem. Mnogo je vjerojatnije da će proizaći iz niza postupnih isključenja alternativnih mogućnosti, sve dok jedino održivo objašnjenje ne postane upravo crna rupa srednje mase.