Supermassive sorte huller fundet i to små galakser

Tre år siden, et team ledet af University of Utah opdagede, at en ultrakompakt dværggalakse indeholdt et supermassivt sort hul, derefter den mindste kendte galakse, der rummer sådan et kæmpe sort hul. Resultaterne tydede på, at dværgene sandsynligvis var bittesmå rester af større galakser, der blev frataget deres ydre lag efter at have kollideret med andre, større galakser.

Nu, den samme gruppe af U-astronomer og kolleger har fundet yderligere to ultrakompakte dværggalakser med supermassive sorte huller. Sammen, de tre eksempler tyder på, at sorte huller lurer i midten af ​​de fleste af disse objekter, potentielt fordoble antallet af supermassive sorte huller kendt i universet. De sorte huller udgør en høj procentdel af de kompakte galaksers samlede masse, understøtter teorien om, at dværgene er rester af massive galakser, der blev revet fra hinanden af ​​større galakser.

"Vi forstår stadig ikke helt, hvordan galakser dannes og udvikler sig over tid. Disse objekter kan fortælle os, hvordan galakser smelter sammen og kolliderer, " siger Chris Ahn, ph.d.-kandidat ved Institut for Fysik &Astronomi, og hovedforfatter af den internationale undersøgelse, der blev offentliggjort mandag i The Astrophysical Journal . "Måske er en brøkdel af centrene i alle galakser faktisk disse kompakte galakser, der er strippet for deres ydre dele."

Måling af galakser

Forfatterne målte to ultrakompakte dværggalakser, navngivet VUCD3 og M59cO, der ligger langt ud over vores Mælkevejs spiralarme, kredser om massive galakser i Virgo-galaksehoben. De opdagede et supermassivt sort hul i begge galakser; VUCD3s sorte hul har en masse svarende til 4,4 millioner sole, udgør omkring 13 procent af galaksens samlede masse, og M59cO's sorte hul har en masse på 5,8 millioner sole, udgør omkring 18 procent af dens samlede masse.

Til sammenligning, det monstrøse sorte hul i midten af ​​Mælkevejen har en masse på 4 millioner sole, men udgør mindre end 0,01 procent af galaksens samlede masse.

"Det er ret fantastisk, når man virkelig tænker over det. Disse ultrakompakte dværge er omkring 0,1 procent på størrelse med Mælkevejen, alligevel er de vært for supermassive sorte huller, der er større end det sorte hul i centrum af vores egen galakse, " undrer Ahn.

For at beregne de ultrakompakte dværggalaksers masse, astronomerne målte stjernernes bevægelse ved hjælp af Gemini North-teleskopet placeret på Mauna Kea-vulkanen på Hawaii. Astronomerne skal korrigere for forvrængningerne forårsaget af Jordens atmosfære. De skød en laser op i himlen for at lave en falsk lille stjerne, og flyttede et spejl rundt hundredvis af gange i sekundet for at fortryde forvrængningen. De anvendte derefter teknikken på de ultrakompakte dværggalakser, som er så små, at korrektionerne er nødvendige for at måle bevægelserne inde i objektet. Teknikken, kendt som adaptiv optik, bringer den engang slørede galakse i fokus.

De analyserede også billeder fra Hubble-rumteleskopet for at måle fordelingen af ​​stjernerne i hver galakse, og skabte en computersimulering, der passer bedst til deres observationer.

De fandt ud af, at bevægelsen af ​​stjernerne i centrum af galakserne bevægede sig meget hurtigere end dem på ydersiden, en klassisk signatur af et sort hul. VUCD3 og M59cO er den anden og tredje ultrakompakte dværggalakse fundet at indeholde et supermassivt sort hul, tyder på, at alle sådanne dværge kan rumme lignende massive lyssugende genstande.

Ultrakompakte dværggalaksemysterier

Astronomer opdagede ultrakompakte dværggalakser i slutningen af ​​1990'erne. Objekterne består af hundredvis af millioner stjerner tæt pakket sammen på et gennemsnit på 100 lysår på tværs. Forskere tog målinger for at se, hvad der skete inde i galakserne, og noget stemte ikke; de ultrakompakte dværggalakser havde mere masse, end deres stjerner alene kunne stå for. Senior forfatter Anil Seth, adjunkt ved Institut for Fysik &Astronomi ved U. ledede undersøgelsen fra 2014, der fandt den første ultrakompakte dværggalakse med et supermassivt sort hul. De to U-ledede undersøgelser argumenterer stærkt for, at supermassive sorte huller i centrum af galakserne er ansvarlige for den ekstra masse.

En alternativ teori om dværgene er, at de bare er virkelig massive stjernehobe – grupper på hundrede tusinde stjerner født på samme tid. Den største stjernehob i Mælkevejen er tre millioner stjerner, og ultrakompakte dværggalakser er 10 til 100 gange større end det. "Spørgsmålet var, 'Er det fordi de danner større stjernehobe med samme proces? Eller er de forskellige på en eller anden måde?' Dette arbejde viser, at de er forskellige, " fortsætter Seth.

"Det er indlysende set i bakspejlet, fordi centrum af en regulær galakse næsten ligner disse objekter, men det var ikke, hvad de fleste troede, de var. Jeg var ikke overbevist om, at vi ville finde et sort hul, da jeg tog observationerne, " siger Seth. "Dette er et sejt eksempel på videnskabelig opdagelse og hvor hurtigt du kan omorientere vores forståelse af universet."

Sorte huller og dannelsen af ​​galakser

Sorte huller er områder med så stærk tyngdekraft, at ikke engang lys kan slippe ud. De dannes, når stjerner kollapser, efterlader et sort hul med tæt masse, der udøver tyngdekraft på genstandene omkring det. Supermassive sorte huller har en masse på mere end 1 million sole, og menes at være i centrum af alle store galakser.

En forklaring på det supermassive sorte hul inde i de ultrakompakte dværggalakser er, at galakserne engang bestod af milliarder af stjerner. Forfatterne mener, at dværgene blev "opslugt" og revet fra hinanden af ​​tyngdekraften fra meget større galakser. Det ultrakompakte dværg sorte hul er en rest af dets tidligere massive størrelse. Resultaterne ændrer den måde, astronomer kan sammensætte, hvordan galakser dannes og udvikler sig over tid.

"Vi ved, at galakser smelter sammen og kombineres hele tiden - det er sådan galakser udvikler sig. Vores Mælkevej æder galakser op, mens vi taler, " siger Seth. "Vores generelle billede af, hvordan galakser dannes, er, at små galakser smelter sammen og danner store galakser. Men vi har et virkelig ufuldstændigt billede af det. De ultrakompakte dværggalakser giver os en længere tidslinje til at kunne se på, hvad der er sket i fortiden."