Astronomer har upptäckt bevis för tusentals svarta hål som ligger nära mitten av vår Vintergatans galax med hjälp av data från NASA:s Chandra X-ray Observatory.

Den här svarta hålspremien består av svarta hål av stjärnmassa, som vanligtvis väger mellan fem till 30 gånger solens massa. Dessa nyligen identifierade svarta hål hittades inom tre ljusår – ett relativt kort avstånd på kosmiska skalor – från det supermassiva svarta hålet i vår galax centrum känt som Skytten A* (Sgr A*).

Teoretiska studier av dynamiken hos stjärnor i galaxer har indikerat att en stor population av stjärnmassor av svarta hål – så många som 20, 000 — kunde driva inåt över eonerna och samlas kring Sgr A*. Denna nyligen genomförda analys med Chandra-data är det första observationsbeviset för ett sådant svart håls pris.

Ett svart hål i sig är osynligt. Dock, ett svart hål – eller neutronstjärna – låst i nära omloppsbana med en stjärna kommer att dra gas från sin följeslagare (astronomer kallar dessa system "röntgenbinärer"). Detta material faller in i en skiva och värms upp till miljontals grader och producerar röntgenstrålar innan det försvinner in i det svarta hålet. Några av dessa röntgenbinärer visas som punktliknande källor i Chandra-bilden.

Ett team av forskare, ledd av Chuck Hailey från Columbia University i New York, använde Chandra-data för att söka efter röntgenbinärer som innehåller svarta hål som finns nära Sgr A*. De studerade röntgenspektra – det vill säga mängden röntgenstrålar som ses vid olika energier – från källor inom cirka 12 ljusår från Sgr A*.

Teamet valde sedan ut källor med röntgenspektra liknande de för kända röntgenbinärer, som har relativt stora mängder lågenergiröntgenstrålar. Med denna metod upptäckte de fjorton röntgenbinärer inom cirka tre ljusår från Sgr A*. Två röntgenkällor som sannolikt innehåller neutronstjärnor baserat på detektering av karakteristiska utbrott i tidigare studier eliminerades sedan från analysen.

De dussin återstående röntgenbinärerna identifieras i den märkta versionen av bilden med hjälp av röda cirklar. Andra källor med relativt stora mängder högenergiröntgenstrålar är märkta med vitt, och är mestadels binärer som innehåller vita dvärgstjärnor.

Hailey och hans medarbetare drog slutsatsen att en majoritet av dessa dussin röntgenbinärer sannolikt innehåller svarta hål. Mängden variabilitet de har visat över tidsskalor av år skiljer sig från den som förväntas för röntgenbinärer som innehåller neutronstjärnor.

Endast de ljusaste röntgenbinärerna som innehåller svarta hål kommer sannolikt att kunna detekteras på avståndet från Sgr A*. Därför, upptäckterna i denna studie innebär att en mycket större population av svagare, oupptäckta röntgenbinärer – åtminstone 300 och upp till tusen – som innehåller svarta hål med stjärnmassa bör finnas runt Sgr A*.

Denna population av svarta hål med sällskapsstjärnor nära Sgr A* skulle kunna ge insikt i bildandet av röntgenbinärer från nära möten mellan stjärnor och svarta hål. Denna upptäckt kan också ge information om framtida gravitationsvågforskning. Att känna till antalet svarta hål i mitten av en typisk galax kan hjälpa till att bättre förutsäga hur många gravitationsvåghändelser som kan vara associerade med dem.

En ännu större population av svarta hål med stjärnmassa utan medföljande stjärnor borde finnas nära Sgr A*. Enligt teoretiskt uppföljningsarbete av Aleksey Generozov från Columbia och hans kollegor, mer än cirka 10, 000 svarta hål och så många som 40, 000 svarta hål borde finnas i mitten av galaxen.

Medan författarna starkt föredrar förklaringen av det svarta hålet, de kan inte utesluta möjligheten att upp till ungefär hälften av de observerade dussinkällorna kommer från en population av millisekundspulsarer, dvs. mycket snabbt roterande neutronstjärnor med starka magnetfält.

En artikel som beskrev dessa resultat dök upp i 5 april-numret av tidskriften Natur .