Stjärnor indikerar ett ovanligt svart hål i vår galax.

Genom att kamma igenom två och ett halvt decennier av bilder från Hubble Space Telescope-arkiv kan astrofysiker ha upptäckt bevis på ett närliggande svart hål som kan vara minst 8 200 gånger mer massivt än solen.

Om ytterligare studier kan bekräfta resultaten kommer objektet att vara det näst största svarta hålet som finns i vår galax. Det kan också vara den starkaste utmanaren för ett mellanliggande svart hål - ett föremål i det gåtfulla "ingenmansland" mellan de "supermassiva" svarta hålen som tros ligga i centrum av de flesta galaxer och mycket mindre som väger ungefär lika mycket som en enda stor stjärna.

Snabbt rörliga stjärnor

Astrofysikern Maximilian Häberle vid Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg, Tyskland, och hans medarbetare undersökte mer än 500 bilder av ω Centauri, en tät stjärnhop med 10 miljoner stjärnor cirka 18 000 ljusår (5,43 kiloparsek) från solsystemet. Bilderna togs främst för att kalibrera Hubble-teleskopets instrument genom åren.

Teamet sammanfogade bilderna för att rekonstruera rörelsen hos mer än 150 000 stjärnor i klustret. De flesta stjärnor rörde sig som de teoretiska modellerna förutspår, säger Häberle. "Men sedan var det några som rörde sig snabbare." Sju stjärnor, alla nära centrum av ω Centauri, rörde sig för snabbt för att kunna hållas enbart av klustrets gravitation.

Detta tyder på att stjärnorna accelererades av gravitationskraften från ett massivt föremål, till exempel ett svart hål. Från stjärnornas hastighet skulle den behöva väga minst 8 200 solmassor, men kunde väga så mycket som 50 000 solar. "Vi visste inte i förväg om vi skulle hitta det eller inte", säger Häberle. "Det var lite riskabelt och vi skulle inte ha kunnat hitta något."

"Det är ett svårt experiment", och bevisen för att det finns ett svart hål är "fortfarande mycket långt ifrån avgörande", säger Gerry Gilmore, astrofysiker vid University of Cambridge, Storbritannien. Speciellt visar data ännu inte några tecken på att banorna kretsar runt varandra som förväntat av ett massivt objekt, vilket skulle vara fallet för stjärnor som kretsar runt ett massivt objekt. När det gäller Sagittarius A*, det svarta hålet på 4,3 miljoner solmassa i mitten av Vintergatan, År av observation hittade obestridliga bevis på sådana krökta banor - en för de två ledande forskarna 2020 Nobelpriset mottagen. Rymdteleskopet Gaia har också upptäckt några vilande, stjärnformade svarta hål från rörelsen av en enda medföljande stjärna ².

De flesta svarta hålen har upptäckts under de senaste fem decennierna med hjälp av strålning som röntgenstrålar eller radiovågor ³produceras av överhettad gas som spiralerar in i hålet. Den första antydan om Skytten A*s existens var faktiskt en radiokylkälla - även om den inte var särskilt ljus. Men inga sådana utsläpp hittades i ω Centauri.

Gåtfulla mellanviktare

Massan av kandidatobjektet i ω Centauri skulle tydligt placera det i intervallet av mellanliggande svarta hål, vanligtvis mellan 100 och 100 000 solmassor. Hittills kommer det enda solida beviset för svarta hål i detta område från upptäckten av gravitationsvågor som produceras av två sammanslagna svarta hål. En sådan händelse observerades 2019, sägs ha skapat ett föremål med cirka 150 solmassor.

Jakten på medelstora svarta hål har en lång historia av påståenden som senare avfärdas. Astrofysiker har länge misstänkt att vissa källor till "ultraluminös" röntgenstrålning kan vara svarta hål av denna storlek. Men de flesta av dessa kandidater har nu visat sig vara neutronstjärnor, som lyser ovanligt starkt genom att absorbera överhettat material från en medföljande stjärna. "Dessa är sannolikt förknippade med "normala" unga binära system", säger Giuseppina Fabbiano, en astrofysiker vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Massachusetts.

Stora frågor kvarstår - inklusive hur vissa svarta hål blir supermassiva och om de är resultatet av flera sammanslagningar, med början från stjärnornas svarta hål och fortsätter genom mellanmassor som kandidaten i ω Centauri.

Teamet planerar nu uppföljningsstudier med rymdteleskopet James Webb, säger Häberle. Medan Hubble-data bara visar hur stjärnorna rör sig över synfältet, kommer stjärnornas spektra att visa hur de flyttas längs siktlinjen, vilket gör det möjligt för astronomer att rekonstruera sina hastigheter i full 3D.