Astronomer som använder ESO:s MUSE -instrument på Very Large Telescope i Chile har upptäckt en stjärna i klungan NGC 3201 som beter sig väldigt konstigt. Det verkar vara i en krets kring ett osynligt svart hål med ungefär fyra gånger solens massa-det första inaktiva svarta hålet med stjärnmassa som finns i ett globulärt kluster och det första som hittades genom att direkt upptäcka dess gravitationskraft. Denna viktiga upptäckt påverkar vår förståelse av bildandet av dessa stjärnkluster, svarta hål, och ursprunget till gravitationella våghändelser.

Globulära stjärnkluster är enorma sfärer med tiotusentals stjärnor som kretsar kring de flesta galaxer. De är bland de äldsta kända stjärnsystemen i universum och går tillbaka till nästan början på galaxens tillväxt och utveckling. Mer än 150 är för närvarande kända för att tillhöra Vintergatan.

Ett särskilt kluster, kallas NGC 3201 och ligger i den södra stjärnbilden Vela (seglen), har nu studerats med MUSE -instrumentet på ESO:s Very Large Telescope i Chile. Ett internationellt team av astronomer har funnit att en av stjärnorna i NGC 3201 beter sig väldigt konstigt - den kastas bakåt och framåt i hastigheter på flera hundratusen kilometer i timmen, med mönstret som upprepas var 167 dagar.

Huvudförfattare Benjamin Giesers (Georg-August-Universität Göttingen, Tyskland) var fascinerad av stjärnans beteende:"Det kretsade kring något som var helt osynligt, som hade en massa mer än fyra gånger solen - detta kan bara vara ett svart hål! Den första som hittades i ett globulärt kluster genom att direkt observera dess dragkraft. "

Förhållandet mellan svarta hål och klotformiga kluster är viktigt men mystiskt. På grund av deras stora massor och stora åldrar, dessa kluster tros ha producerat ett stort antal svarta hål med stjärnmassa-skapade när massiva stjärnor i dem exploderade och kollapsade under klasens långa livslängd.

ESO:s MUSE -instrument ger astronomer en unik förmåga att mäta rörelser från tusentals långt borta stjärnor samtidigt. Med detta nya fynd, laget har för första gången kunnat upptäcka ett inaktivt svart hål i hjärtat av ett klotformat kluster - ett som för närvarande inte sväljer materia och inte är omgivet av en glödande gasskiva. De kunde uppskatta det svarta hålets massa genom en stjärnas rörelser som fastnade för dess enorma dragkraft.

Från dess observerade egenskaper bestämdes stjärnan att vara ungefär 0,8 gånger massan av vår sol, och massan av dess mystiska motsvarighet beräknades till cirka 4,36 gånger solens massa - nästan säkert ett svart hål.

Nyligen upptäckta radio- och röntgenkällor i globulära kluster, liksom upptäckten av gravitationella vågssignaler från 2016 som skapas genom sammanslagning av två svarta hål med stjärnmassa, tyder på att dessa relativt små svarta hål kan vara vanligare i globulära kluster än man tidigare trott.

Giesers avslutar:"Fram till nyligen har man antog att nästan alla svarta hål skulle försvinna från globulära kluster efter en kort tid och att sådana här system inte ens borde finnas! Men det är uppenbarligen inte fallet-vår upptäckt är den första direkta upptäckten av gravitationseffekterna av ett svart hål i stjärnmassa i ett globulärt kluster. Detta fynd hjälper till att förstå bildandet av globulära kluster och utvecklingen av svarta hål och binära system - avgörande i samband med förståelsen av gravitationella vågkällor. "

Denna forskning presenterades i en uppsats med titeln "En fristående kandidat för svart hål i stjärnmassa i det globulära klustret NGC 3201", av B. Giesers et al., att visas i journalen Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .