Astronomer har opdaget et sort hul på 40 milliarder solmasse i Abell 85-galaksen. De fandt udskærmningen ved hjælp af spektrale observationer med Very Large Telescope (VLT.) Der er kun få få direkte massemålinger for sorte huller, og omkring 700 millioner lysår fra Jorden er dette den fjerneste.
Inde i Abell 85-klyngen ligger Holm 15A, en lyseste klyngalakse (BCG.) Det betyder, at det er den lyseste galakse i Abell 85-klyngen. Holm 15A centrum er diffus og meget svag, selv om selve galaksen er meget lysende og har en synlig masse af stjerner på i alt to billioner solmasser. Dette tilsyneladende uoverensstemmelse fik forskere ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) og University Observatory Munich (USM) øjne.
Den nye undersøgelse blev ledet af MPE-videnskabsmand Jens Thomas. Den diffuse centrale region i Holm 15A er næsten lige så stor som den store magellanske sky, og Thomas og de andre astronomer troede dette var en anelse om, at der var et enormt massivt sort hul. Holdet brugte data fra MUSE-spektrometeret på VLT og USM Wendelstein Observatory til at studere dette enorme diffuse område.
I en pressemeddelelse sagde Thomas ”Der er kun et par dusin direkte massemålinger af supermassive sorte huller, og aldrig før er det blevet forsøgt på en sådan afstand. Men vi havde allerede en idé om størrelsen på det sorte hul i netop denne galakse, så vi prøvede det. ”
Dataene fra begge teleskoper gjorde det muligt for teamet at udføre et massestimat baseret direkte på stjernernes bevægelser omkring galaksen. Da dataene var inde, blev det 40 mia. Solmasse supermassive sorte hul afsløret, hvilket gjorde det til det mest massive sorte hul i det kendte univers.
”Dette er flere gange større end forventet fra indirekte målinger, såsom stjernemassen eller hastighedens spredning af stjernerne,” sagde Roberto Saglia, seniorforsker ved MPE og underviser ved LMU.
Holm 15As center har en meget lav, diffus overfladelysstyrke. Det er meget svagere end i andre elliptiske galakser. Det er en anelse om, at mange stjerner er blevet udvist fra centrum under de fusioner, der skabte denne behemoth. LMU-doktorand Kianusch Mehrgan hjalp med at analysere nogle af dataene i denne undersøgelse. I samme pressemeddelelse sagde Mehrgan “Lysprofilen i den indre kerne er også meget flad. Det betyder, at de fleste af stjernerne i centrum skal være bortvist på grund af interaktion i tidligere fusioner. ”
Holm 15A er en Early Type Galaxy eller ETG. I den bredt accepterede opfattelse dannes kernerne i disse typer af massive galakser på grund af en proces kaldet "kerneskurning." Når to galakser smelter sammen, smelter deres sorte huller også sammen. Alle disse tyngdepunktinteraktioner har en slyngelagt effekt på stjerner og skubber dem ud fra kernerne. Med ingen gas tilbage i kernen kan der ikke dannes nye stjerner, hvilket fører til denne udtømmede type kerne.
Faktisk antyder lysprofilen for Holm 15A, at de to elliptiske galakser, der allerede blev fusioneret, allerede havde udtømt kerner fra tidligere fusioner. Så den udtømmede, diffuse, enorme kerne var en anelse om, at et enormt sort hul ligger i midten.
”Den nyeste generation af computersimuleringer af galakssammensætninger gav os forudsigelser, der faktisk matcher de observerede egenskaber temmelig godt,” sagde Jens Thomas, der også leverede de dynamiske modeller. ”Disse simuleringer inkluderer interaktioner mellem stjerner og et binært sort hul, men den afgørende ingrediens er to elliptiske galakser, der allerede har udtømt kerner. Det betyder, at formen på lysprofilen og stjernenes bane indeholder værdifuld arkæologisk information om de specifikke omstændigheder ved kernedannelse i denne galakse - såvel som andre meget massive galakser. ”
Forholdet mellem lysprofilen og det sorte huls masse kan føre til en bedre forståelse af sorte huller og en ny måde at måle deres masse på.
De fleste supermassive sorte huller er for fjerne til at måle direkte. Men denne forskning peger på et nyt forhold mellem lysstyrke og masse. Hver gang to sorte huller smelter sammen, øges massen, men stjerner skubbes ud, og den galaktiske kerne bliver svagere, hvis man antager, at der er en mangel på gas til ny stjernedannelse.
Holdet agter at fortsætte med at udvikle deres model, og det kan strække sig længere end blot at måle massen af sorte huller. I deres papir siger de "Vores resultater antyder, at den nøjagtige form af den centrale lysprofil såvel som detaljerne i fordelingen af stjernebane i centrum indeholder værdifuld information om den meget sammensatte historie af meget massive galakser."
Massen af de fleste sorte huller bestemmes ved at måle bevægelsen af stjerner tæt på det galaktiske centrum. I meget fjerne galakser kan disse stjerners bevægelser ikke bestemmes. Men dette nye forhold mellem lys og masse kunne danne grundlaget for måling af massen af mere fjerne sorte huller. Som forfatterne siger i deres papir, ”I kerne galakser skalerer masser af sort hul omvendt med den centrale stjerneflade lysstyrke og den centrale stjernemassetæthed - inklusive i Holm 15A. Vi viser denne sammenhæng her for første gang. ”
Hvis denne sammenhæng gælder, kan det kun være et spørgsmål om tid, før dette 40 milliarder solmasse sorte hul bliver nedhæmmet, og et nyt, endnu mere massivt sort hul indtager sin plads.
Mere:
- Pressemeddelelse: Tungvægt i hjertet af Abell 85-centralgalaksen
- Forskningsartikel: EN 40-BILLION SOLAR MASS SVART HUL I DEN EKSTERNE KERNE I HOLM 15A, CENTRAL GALAXY OF ABELL 85
- Space Magazine-video: Supermassive sorte huller eller deres galakser? Hvilken kom først?
