I denna konstnärs illustration, ett mellanstort svart hål i förgrunden förvränger ljuset från den klotformade stjärnhopen i bakgrunden. Ny forskning tyder på att en 2, 200 svarta hål av solmassa finns i mitten av klothopen 47 Tucanae. Kredit:CfA / M. Weiss
Alla kända svarta hål delas in i två kategorier:små, svarta hål av stjärnmassa som väger några solar, och supermassiva svarta hål som väger miljoner eller miljarder solar. Astronomer förväntar sig att svarta hål med medelmassa som väger 100-10, 000 solar finns också, men hittills har inga avgörande bevis för sådana mellanvikter hittats. I dag, astronomer tillkännager nya bevis för att ett svart hål med mellanmassa (IMBH) som väger 2, 200 solar gömmer sig i mitten av den klotformade stjärnhopen 47 Tucanae.
"Vi vill hitta svarta hål med mellanmassa eftersom de är den felande länken mellan stjärnmassa och supermassiva svarta hål. De kan vara de ursprungliga fröna som växte till monster vi ser i galaxernas centrum idag, " säger huvudförfattaren Bulent Kiziltan från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).
Detta arbete visas den 9 februari, 2017, nummer av den prestigefyllda vetenskapstidskriften Natur .
47 Tucanae är en 12 miljarder år gammal stjärnhop som ligger 13, 000 ljusår från jorden i den södra stjärnbilden Tucana Tucana. Den innehåller tusentals stjärnor i en boll som bara är cirka 120 ljusår i diameter. Den rymmer också cirka två dussin pulsarer som var viktiga mål för denna undersökning.
47 Tucanae har undersökts för ett centralt svart hål tidigare utan framgång. I de flesta fallen, ett svart hål hittas genom att leta efter röntgenstrålar som kommer från en het skiva av material som virvlar runt det. Denna metod fungerar bara om det svarta hålet aktivt matar på närliggande gas. Centrum av 47 Tucanae är gasfritt, effektivt svälter ut alla svarta hål som kan gömma sig där.
Denna konstnärs uppfattning visar en annan representation av det svarta hålet med medelmassa som kan lurar i mitten av klothopen 47 Tucanae. Kredit:B. K?z?ltan &T. Karacan
Det supermassiva svarta hålet i mitten av Vintergatan förråder också sin närvaro genom sitt inflytande på närliggande stjärnor. År av infraröda observationer har visat att en handfull stjärnor i vårt galaktiska centrum piskar runt ett osynligt föremål med en stark gravitationsdragkraft. Men det trånga centrumet av 47 Tucanae gör det omöjligt att se enskilda stjärnors rörelser.
Den nya forskningen bygger på två bevislinjer. Den första är övergripande rörelser av stjärnor i hela klustret. En klothops miljö är så tät att tyngre stjärnor tenderar att sjunka till mitten av klustret. En IMBH i klustrets centrum fungerar som en kosmisk "sked" och rör om i grytan, får dessa stjärnor att slunga till högre hastigheter och längre avstånd. Detta ger en subtil signal som astronomer kan mäta.
Genom att använda datorsimuleringar av stjärnors rörelser och avstånd, och jämföra dem med observationer i synligt ljus, teamet hittar bevis för just denna typ av gravitationell omrörning.
Den andra bevislinjen kommer från pulsarer, kompakta rester av döda stjärnor vars radiosignaler lätt kan upptäckas. Dessa föremål slungas också omkring av tyngdkraften hos den centrala IMBH, vilket gör att de hittas på större avstånd från klustrets centrum än vad som skulle förväntas om inget svart hål fanns.
Kombinerad, dessa bevis tyder på närvaron av en IMBH på cirka 2, 200 solmassor inom 47 Tucanae.
Eftersom detta svarta hål har undgått upptäckt så länge, liknande IMBH kan gömma sig i andra klotformiga kluster. Att lokalisera dem kommer att kräva liknande data om positioner och rörelser för både stjärnorna och eventuella pulsarer i hoparna.
