Tungvægt i hjertet af Abell 85-galaksen

I rummet, sorte huller opstår i forskellige størrelser og masser. Rekorden holdes nu af et eksemplar i Abell 85-klyngen af ​​galakser, hvor et ultramassivt sort hul med 40 milliarder gange vores sols masse sidder i midten af ​​den centrale galakse Holm 15A. Astronomer ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics og University Observatory München opdagede dette ved at evaluere fotometriske data fra Wendelstein Observatory samt nye spektrale observationer med Very Large Telescope.

Selvom den centrale galakse i hoben Abell 85 har den enorme synlige masse på omkring 2 billioner (10 ¹² ) solmasser i stjerner, galaksens centrum er ekstremt diffust og svagt. Det er grunden til, at en fælles gruppe af astronomer ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) og University Observatory München (USM) blev interesseret i galaksen. Dette centrale diffuse område i galaksen er næsten lige så stort som den store magellanske sky, og dette var et mistænkeligt spor for tilstedeværelsen af ​​et sort hul med en meget høj masse.

Abell 85-klyngen af ​​galakser, som består af mere end 500 individuelle galakser, er i en afstand af 700 millioner lysår fra Jorden, to gange afstanden for tidligere direkte sorte hul-massemålinger. "Der er kun et par dusin direkte massemålinger af supermassive sorte huller, og aldrig før har det været forsøgt på sådan en afstand, " forklarer MPE-forsker Jens Thomas, der ledede undersøgelsen. "Men vi havde allerede en ide om størrelsen af ​​det sorte hul i denne særlige galakse, så vi prøvede det."

De nye data opnået ved USM Wendelstein-observatoriet ved Ludwig-Maximilians-Universitetet og med MUSE-instrumentet ved VLT gjorde det muligt for holdet at udføre et masseestimat baseret direkte på stjernebevægelserne omkring galaksens kerne. Med en masse på 40 milliarder solmasser, dette er det mest massive sorte hul kendt i dag i lokaluniverset. "Dette er flere gange større end forventet ud fra indirekte målinger, såsom stjernemassen eller galaksens hastighedsspredning, " siger Roberto Saglia, seniorforsker MPE og underviser ved LMU.

Galaksens lysprofil viser et centrum med en ekstrem lav og meget diffus overfladelysstyrke, meget svagere end i andre elliptiske galakser. "Lysprofilen i den indre kerne er også meget flad, " forklarer USM ph.d.-studerende Kianusch Mehrgan, hvem der har udført dataanalysen. "Det betyder, at de fleste af stjernerne i centrum skal være blevet bortvist på grund af interaktioner i tidligere fusioner."

Efter den almindeligt anerkendte opfattelse, kernerne i sådanne massive elliptiske galakser dannes via såkaldt "core scouring":I en fusion mellem to galakser er gravitationsinteraktionen mellem deres sammensmeltning, centrale sorte huller fører til gravitationsslyngeskud, der skubber stjerner ud på overvejende radiale baner fra midten af ​​den resterende galakse. Hvis der ikke er gas tilbage i midten til at danne nye stjerner – som i yngre galakser – fører dette til en udtømt kerne.

"Den nyeste generation af computersimuleringer af galaksefusioner gav os forudsigelser, der faktisk matcher de observerede egenskaber ret godt, siger Jens Thomas. som 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 udtømte kerner. Det betyder, at formen af ​​lysprofilen og stjernernes baner indeholder værdifuld arkæologisk information om de specifikke omstændigheder for kernedannelse i denne galakse – såvel som andre meget massive galakser."

Imidlertid, selv med denne usædvanlige sammensmeltningshistorie, forskerne kunne etablere et nyt og robust forhold mellem det sorte huls masse og galaksens overfladelysstyrke:Ved hver fusion får det sorte hul masse, og galaksens centrum mister stjerner. Astronomer kunne bruge denne relation til sorte huls masseestimater i fjernere galakser, hvor direkte målinger af stjernernes bevægelser tæt nok på det sorte hul ikke er mulige.