A kutatók 20 éven keresztül követték aprólékosan egy halmazban lévő csillagok mozgását, és ennek nyomán találtak egy maroknyi olyan gyorsan mozgó csillagot, amelyek vélhetően egy hatalmas, láthatatlan, több mint 8200 naptömegű objektum gravitációjában mozognak. A csillagászoknak rengeteg bizonyítékuk van a több tíz naptömegű fekete lyukakra, amelyek akkor keletkeznek, amikor nagyméretű csillagok elpusztulnak és magjuk összeomlik. Azt is megállapították, hogy a galaxisok középpontjaiban általában szupernehéz fekete lyukak találhatók, amelyek tömege több millió vagy akár milliárdszorosa a Napénak. Jelenleg úgy gondolják, hogy ezek a galaxisok összeolvadásai során keletkeznek. Az elméletalkotók azonban úgy vélik, hogy ehhez kisebb galaxisokban lévő közepes méretű fekete lyukaknak is létezniük kellene, amelyek megmagyarázhatják, hogyan nőttek a szupernehéz fekete lyukak ilyen nagyra ennyire gyorsan.
Korábban a kutatók röntgensugárzás, mozgó gázfelhők és galaxisok színképe segítségével találtak nyomokat a közepes tömegű fekete lyukak esetleges létére, de az eredményeket eddig mindig kétségek övezték. A megfoghatatlan objektumok keresésére a csillagászok kis galaxisokat és gömbhalmazokat, tízezertől sok millió csillagig terjedő gömb alakú halmazokat vettek célba. „Eddig minden, a gömbhalmazok központi fekete lyukaira vonatkozó állítás ellentmondásos volt” – mondja Igor Chilingarian, a Harvard & Smithsonian Asztrofizikai Központ munkatársa.
A Max Planck Csillagászati Intézet Maximilian Häberle vezette csapata úgy döntött, hogy az Omega Centauri gömbhalmazt vizsgálja meg. A projekt alapcélja a csillagok mozgásának feltérképezése volt, hogy megértsék a halmaz eredetét és fejlődését. De, ahogy Häberle mondja, a közepes tömegű fekete lyukak is végig ott voltak a kutatók fejében. Az Omega Centaurit viszonylag könnyű tanulmányozni, mert közel van, kevesebb mint 18 ezer fényévre a Földtől, és 10 millió csillagával a legnagyobb gömbhalmaz a Tejútrendszerben.
A csillagászok azt gyanítják, hogy az Omega Centauri valójában egy törpegalaxis magja, amelyet a Tejútrendszer elnyelt és megfosztott külső csillagaitól. Korábbi vizsgálatok nyomán egy szerény fekete lyukat feltételeztek a belsejében, de nem tudták kizárni, hogy a halmaz középpontjában sok kisebb fekete lyuk és hasonlóan nagy tömegű neutroncsillagok gyülekeznek.
A kutatócsoport a Hubble Űrtávcső rendszeres megfigyeléseire támaszkodott az Omega Centauriról a műszerek kalibrálásához. „Nagyon szerencsések voltunk, hogy az archívumban megvoltak ezek az adatok” – mondja Häberle. Ő és kollégái összesen 500, a halmazról 20 év alatt készült felvételt vizsgáltak át, hogy olyan csillagokat keressenek, amelyek elmozdulni látszanak. Az elmozdulások aprók voltak: a leggyorsabb csillag csak két pixelen haladt át a 2 évtized alatt, annak ellenére, hogy másodpercenként több mint 113 kilométert megtéve mozgott. A csapat azonban hét olyan csillagot is azonosított, amelyek gyorsabban mozogtak a halmaz szökési sebességénél.
Persze más folyamatok is képesek ilyen sebességre felgyorsítani a csillagokat, például az instabillá váló hármas csillagrendszerek, amelyek kilöknek egy csillagot magukból. De mivel ennyi gyorsan mozgó csillag van jelen a halmaz közepén, sokkal valószínűbb magyarázat, hogy egy nagy, koncentrált tömeg körül mozognak, mondja Häberle. (A fekete lyukak megtalálásának ezt a technikáját használták a Tejútrendszer középpontjában lévő szupernehéz fekete lyuk azonosítására is, amiért a 2020-as fizikai Nobel-díj járt.)
Chilingarian szerint a vizsgálat azért különösen izgalmas, mert az Omega Centauri immár a legkisebb ismert csillagrendszer, amelynek szívében fekete lyuk található. Emellett ez a Földhöz legközelebbi nagy fekete lyuk, közelebb van, mint a Tejútrendszer középpontjában lévő, így könnyebben tanulmányozható. „Ez végső soron segíteni fog nekünk abban, hogy megértsük a galaxisok középpontjában lévő szupernehéz fekete lyukak keletkezési mechanizmusát” – mondja.
A felfedezés megerősítéséhez a kutatóknak még pontosabban kell követniük a csillagokat, amit a James Webb űrtávcsővel végzett közelgő megfigyelésekkel remélnek megvalósítani. „A legszebb megerősítés az lenne, ha gyorsuló mozgást látnánk” – mondja Häberle. Ehhez azonban nagy türelemre lesz szükség: egy ilyen méretű fekete lyuk körül egy-egy keringési periódus akár több száz évig is eltarthat.
