Astronomer bestemmer massen af ​​et lille sort hul i centrum af den nærliggende galakse

Hvis astronomer ønsker at lære om, hvordan supermassive sorte huller dannes, de skal starte i det små – rigtig småt, astronomisk set.

Faktisk, et hold inklusive University of Michigan-astronomen Elena Gallo har opdaget, at et sort hul i midten af ​​en nærliggende dværggalakse, kaldet NGC 4395, er omkring 40 gange mindre end hidtil antaget. Deres resultater er offentliggjort i tidsskriftet Natur astronomi .

I øjeblikket, astronomer mener, at supermassive sorte huller sidder i centrum af hver galakse lige så massiv som eller større end Mælkevejen. Men de er også nysgerrige efter sorte huller i mindre galakser som NGC 4395. At kende massen af ​​det sorte hul i centrum af NGC 4395 – og at være i stand til at måle den nøjagtigt – kan hjælpe astronomer med at anvende disse teknikker til andre sorte huller.

"Spørgsmålet forbliver åbent for små galakser eller dværggalakser:Har disse galakser sorte huller, og hvis de gør det, skalerer de på samme måde som supermassive sorte huller?" sagde Gallo. "At besvare disse spørgsmål kan hjælpe os til at forstå selve mekanismen, hvorigennem disse monster sorte huller blev samlet, da universet var i sin vorden."

For at bestemme massen af ​​NGC's sorte hul, Gallo og hendes medforskere brugte rumklangskortlægning. Denne teknik måler masse ved at overvåge stråling, der kastes ud af det, der kaldes en tilvækstskive omkring det sorte hul. En tilvækstskive er en masse stof opsamlet af sorte hullers tyngdekraft.

Når stråling bevæger sig udad fra denne accretion disk, den passerer gennem en anden sky af materiale længere ude fra det sorte hul, der er mere diffus end tilvækstskiven. Dette område kaldes bredlinjeområdet.

Når strålingen rammer gas i bredlinjeområdet, det får atomer i det til at gennemgå en overgang. Det betyder, at strålingen støder en elektron ud af skallen på et brintatom, for eksempel, får atomet til at indtage et mere energisk niveau af atomet. Efter at strålingen er passeret, atomet sætter sig tilbage i sin tidligere tilstand. Astronomer kan forestille sig denne overgang, som ligner et glimt af lysstyrke.

Ved at måle, hvor lang tid det tager for accretion disk-strålingen at ramme bredlinjeområdet og forårsage disse blink, astronomerne kan vurdere, hvor langt bredlinjeområdet er fra det sorte hul. Ved at bruge disse oplysninger, de kan så beregne det sorte huls masse.

"Afstanden menes at afhænge af det sorte huls masse, " sagde Gallo. "Jo større det sorte hul er, jo større afstanden er, og jo længere forventer du, at lyset udsendes fra accretionskiven for at ramme den brede linje."

Ved hjælp af data fra MDM Observatory, astronomerne beregnede, at det tog omkring 83 minutter, giv eller tag 14 minutter, for stråling at nå bredlinjeområdet fra accretionsskiven. For at beregne det sorte huls masse, de skulle også måle den iboende hastighed af bredlinjeområdet, som er den hastighed, hvormed regionskyen bevæger sig under påvirkning af det sorte huls tyngdekraft. At gøre dette, de tog et højkvalitetsspektrum med GMOS-spektrometeret på GEMINI North-teleskopet.

Ved at kende dette nummer, hastigheden af ​​bredlinjeområdet, lysets hastighed og det, der kaldes gravitationskonstanten, eller et mål for tyngdekraften, astronomerne var i stand til at bestemme, at det sorte huls masse var omkring 10, 000 gange vores sols masse - omkring 40 gange lettere end tidligere antaget. Dette er også det mindste sorte hul fundet via efterklangskortlægning.

"Dette regime af dværggalakser er stort set uudforsket, når det kommer til egenskaberne af deres nukleare sorte huller, " sagde Gallo. "Vi ved ikke engang, om hver galakse har et sort hul. Dette tilføjer et nyt medlem til familien af ​​sorte huller, som vi har information om."

Denne information kan også hjælpe astronomer med at forstå, hvor meget større sorte huller former de galakser, de besætter. Et felt kaldet sort hul-feedback udforsker, hvordan sorte huller påvirker egenskaberne af deres værtsgalakser i meget større skalaer, end deres tyngdekraft skulle nå.

"Der er ingen grund til, at stjerner, der lever i størrelsesordener større end det område, hvor det sorte huls tyngdekraft dominerer, overhovedet skal vide, at der er et sort hul i deres galakse, men på en eller anden måde gør de det, " sagde Gallo. "Sorte huller former på en eller anden måde den galakse, de lever i i meget store skalaer, og fordi vi ikke ved meget om mindre galakser med deres mindre sorte huller, vi ved ikke, om det er sandt hele vejen ned. Med denne måling, vi kan tilføje flere oplysninger til dette forhold."

Dette resultat kom ud af et partnerskab mellem U-M Astronomy og Institut for Fysik og Astronomi ved Seoul National University. Observationer blev foretaget ved GEMINI North-observatoriet på Hawaii og MDM-observatoriet i Arizona. GEMINI drives af et partnerskab mellem USA, Canada, Chile, Brasilien, Argentina og Korea.