Ved hjælp af en ny computermodel har astronomer bestemt, at det sorte hul i midten af M87-galaksen er mindst dobbelt så stort som tidligere antaget. Med en vægt på 6,4 milliarder gange solens masse, er det det mest massive sorte hul, der endnu er målt, og denne nye model antyder, at de accepterede sorte hulmasser i andre store nærliggende galakser muligvis er slukket med lignende mængder. Dette har konsekvenser for teorier om, hvordan galakser dannes og vokser, og måske endda løser et langvarigt astronomisk paradoks.
Astronomer Karl Gebhardt fra University of Texas i Austin og Jens Thomas fra Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics detaljerede deres fund mandag på konferencen American Astronomical Society i Pasadena, Californien.
For at prøve at forstå, hvordan galakser dannes og vokser, starter astronomer med grundlæggende information om galakserne i dag, såsom hvad de er lavet af, hvor store de er, og hvor meget de vejer. Astronomer måler denne sidste kategori, galaksmasse, ved at klokke hastigheden for stjerner, der kredser rundt i galaksen.
Undersøgelser af den samlede masse er vigtige, sagde Thomas, men ”det afgørende punkt er at afgøre, om massen er i det sorte hul, stjernerne eller den mørke glorie. Du er nødt til at køre en sofistikeret model for at kunne finde ud af, hvilken der er hvilken. Jo flere komponenter du har, jo mere kompliceret er modellen. ”
Til model M87 brugte Gebhardt og Thomas en af verdens mest magtfulde supercomputere, Lonestar-systemet på University of Texas i Austins Texas Advanced Computing Center. Lonestar er en Dell Linux-klynge med 5.840 processorkerner og kan udføre 62 billioner flydende punktoperationer pr. Sekund. (Dagens top-of-the-line bærbare computer har to kerner og kan udføre op til 10 milliarder flydende punktoperationer pr. Sekund.)
Gebhardt og Jens 'model af M87 var mere kompliceret end tidligere modeller af galaksen, fordi den ud over at modellere dens stjerner og sorte hul også tager højde for galakens "mørke glorie", en sfærisk region, der omgiver en galakse, der strækker sig ud over dens vigtigste synlig struktur, der indeholder galaksens mystiske "mørke stof."
”I fortiden har vi altid betragtet den mørke glorie som værende betydelig, men vi havde ikke databehandlingsressourcerne til også at udforske den,” sagde Gebhardt. ”Vi var kun i stand til at bruge stjerner og sorte huller før. Kast den mørke glorie, det bliver for beregningskrævende dyrt, du skal gå til supercomputere. ”
Lonestar-resultatet var en masse for M87s sorte hul flere gange, hvad tidligere modeller har fundet. ”Vi forventede slet ikke det,” sagde Gebhardt. Han og Jens ville simpelthen prøve deres model på ”den vigtigste galakse derude”, sagde han.
M87, som var ekstremt massiv og bekvemt i nærheden (astronomisk set), var en af de første galakser, der blev foreslået at have et centralt sort hul for næsten tre årtier siden. Den har også en aktiv jet, der skyder lys ud over galakens kerne, når materien hvirvler tættere på det sorte hul, så astronomer kan studere den proces, hvormed sorte huller tiltrækker stof. Alle disse faktorer gør M87 til “ankeret for supermassive undersøgelser i sort hul”, sagde Gebhardt.
Disse nye resultater for M87 sammen med antydninger fra andre nylige studier og hans egne nylige teleskopobservationer (publikationer under forberedelse) fører ham til at mistænke, at alle sorte hulmasser til de mest massive galakser er undervurderet.
Denne konklusion "er vigtig for, hvordan sorte huller forholder sig til galakser," sagde Thomas. "Hvis du ændrer det sorte huls masse, ændrer du, hvordan det sorte hul forholder sig til galaksen." Der er en tæt forbindelse mellem galaksen og dens sorte hul, som havde gjort det muligt for forskere at undersøge fysikken i, hvordan galakser vokser over den kosmiske tid. Forøgelse af det sorte hulmasse i de mest massive galakser vil medføre, at denne relation bliver evalueret igen.
Højere masser for sorte huller i nærliggende galakser kunne også løse et paradoks vedrørende masserne af kvasarer - aktive sorte huller i centrum af ekstremt fjerne galakser, set i en meget tidligere kosmisk epoke. Kvasarer lyser tydeligt, når materialet spiraler ind og afgiver rigelig stråling, før de krydser begivenhedshorisonten (det område, over hvilket intet - ikke engang lys - kan undslippe).
"Der er et langvarigt problem i, at masser af sort hul i kvasar var meget store - 10 milliarder solmasser," sagde Gebhardt. ”Men i lokale galakser så vi aldrig sorte huller så massive, ikke næsten. Mistanken var før, at kvasarmasserne var forkerte, ”sagde han. Men "hvis vi øger M87-massen to eller tre gange, forsvinder problemet næsten."
Dagens konklusioner er modelbaserede, men Gebhardt har også foretaget nye teleskopobservationer af M87 og andre galakser ved hjælp af nye kraftfulde instrumenter på Gemini-nordteleskopet og Det Europæiske Sydlige Observatoriums Very Large Telescope. Han sagde, at disse data, som snart vil blive forelagt til offentliggørelse, understøtter de nuværende modelbaserede konklusioner om sort hulmasse.
Til fremtidige teleskopobservationer af galaktiske mørke haloer bemærker Gebhardt, at et relativt nyt instrument på University of Texas ved Austins McDonald-observatorium er perfekt. ”Hvis du har brug for at studere glorie for at få massen i det sorte hul, er der ikke noget bedre instrument end VIRUS-P,” sagde han. Instrumentet er en spektrograf. Det adskiller lyset fra astronomiske objekter i dets komponentbølgelængder og skaber en signatur, der kan læses for at finde ud af et objekts afstand, hastighed, bevægelse, temperatur og mere.
VIRUS-P er god til glorieundersøgelser, fordi det kan tage spektre over et meget stort himmelområde, hvilket giver astronomer mulighed for at nå de meget lave lysniveauer i store afstande fra galakseområdet, hvor den mørke glorie er dominerende. Det er en prototype, der er bygget til at teste teknologi, der går ind i den større VIRUS-spektrograf til det kommende Hobby-Eberly-teleskop Dark Energy Experiment (HETDEX).
Kilder: AAS, McDonald Observatory
