Astronomer har upptäckt ett svart hål på 40 miljarder solmassa i Abell 85-galaxen. De hittade betemoth med hjälp av spektrala observationer med Very Large Telescope (VLT.) Det finns bara några få direkta massmätningar för svarta hål, och vid cirka 700 miljoner ljusår från jorden är detta den mest avlägsna.
Inuti Abell 85-klustret ligger Holm 15A, en ljusaste klustergalax (BCG.) Det betyder att det är den ljusaste galaxen i Abell 85-klustret. Holm 15A: s centrum är diffus och mycket svag, även om själva galaxen är mycket lysande och har en synlig massa stjärnor på totalt två biljoner solmassor. Denna uppenbara skillnad fick forskarnas ögon hos Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) och University Observatory Munich (USM.)
Den nya studien leds av MPE-forskaren Jens Thomas. Den diffusa centrala regionen i Holm 15A är nästan lika stor som det stora magellanska molnet, och Thomas och de andra astronomerna trodde att detta var en ledtråd att ett enormt massivt svart hål fanns närvarande. Teamet använde data från MUSE-spektrometern på VLT och USM Wendelstein Observatory för att studera denna enorma diffusa region.
I ett pressmeddelande sa Thomas ”Det finns bara några tiotal direkta massmätningar av supermassiva svarta hål, och aldrig tidigare har det försökt på ett sådant avstånd. Men vi hade redan en aning om storleken på Black Hole i just denna galax, så vi försökte det. ”
Uppgifterna från båda teleskopen gjorde det möjligt för teamet att utföra en massuppskattning baserad direkt på de stjärna rörelserna kring galaxens kärna. När uppgifterna fanns, avslöjades det 40 miljarder solmassas supermassiva svarta hålet, vilket gjorde det till det mest massiva svarta hålet i det kända universum.
"Detta är flera gånger större än väntat från indirekta mätningar, såsom stjärnmassan eller hastighetens spridning av stjärnorna," sade Roberto Saglia, seniorforskare vid MPE och föreläsare vid LMU.
Holm 15As centrum har en mycket låg, diffus ytljusstyrka. Det är mycket svagare än i andra elliptiska galaxer. Det är en aning om att många stjärnor har förvisats från mitten under de sammanslagningar som skapade denna behemoth. LMU-doktoranden Kianusch Mehrgan hjälpte till att analysera en del av uppgifterna i denna studie. I samma pressmeddelande sade Mehrgan ”Ljusprofilen i den inre kärnan är också mycket platt. Det betyder att de flesta av stjärnorna i mitten måste ha förvisats på grund av interaktion i tidigare sammanslagningar. ”
Holm 15A är en Early Type Galaxy, eller ETG. I den allmänt accepterade uppfattningen bildas kärnorna i dessa typer av massiva galaxer på grund av en process som kallas "kärnskuren". När två galaxer slås samman, smälter också deras svarta hål samman. Alla dessa gravitationsinteraktioner har en slangbottenpåverkan på stjärnorna och matar ut dem från kärnorna. Med ingen gas kvar i kärnan kan inga nya stjärnor bildas, vilket leder till denna uttömda typ av kärna.
I själva verket antyder ljusprofilen för Holm 15A att de två elliptiska galaxerna som slogs samman redan hade uttömt kärnor från tidigare sammanslagningar. Så den utarmade, diffusa, enorma kärnan var en ledtråd att ett enormt svart hål ligger i mitten.
"Den senaste generationen av datorsimuleringar av galaxfusioner gav oss förutsägelser som verkligen matchar de observerade egenskaperna ganska bra," sade Jens Thomas, som också tillhandahöll de dynamiska modellerna. ”Dessa simuleringar inkluderar interaktioner mellan stjärnor och ett svart hål binärt, men den avgörande ingrediensen är två elliptiska galaxer som redan har tappat kärnor. Detta innebär att formen på ljusprofilen och stjärnorna i banorna innehåller värdefull arkeologisk information om de specifika omständigheterna för kärnbildning i denna galax - liksom andra mycket massiva galaxer. ”
Förhållandet mellan ljusprofilen och det svarta hålets massa kan leda till en bättre förståelse av svarta hål och ett nytt sätt att mäta deras massa.
De flesta supermassiva svarta hål är för avlägsna för att mäta direkt. Men denna forskning pekar på en ny relation mellan ljusstyrka och massa. Varje gång två svarta hål smälter samman, ökar massan, men stjärnor kastas ut och den galaktiska kärnan blir mörkare, förutsatt att det saknas gas för ny stjärnbildning.
Teamet avser att fortsätta utveckla sin modell och det kan sträcka sig längre än att bara mäta massan av svarta hål. I sitt papper säger de "Våra resultat antyder att den exakta formen på den centrala ljusprofilen såväl som detaljerna om fördelningen av stjärnbana i centrum innehåller värdefull information om den sammanslagna historien för mycket massiva galaxer."
Massan för de flesta svarta hål bestäms genom att mäta rörelsen hos stjärnor nära det galaktiska mitten. I mycket avlägsna galaxer kan rörelserna från dessa stjärnor inte bestämmas. Men detta nya förhållande mellan ljus och massa kan utgöra grunden för att mäta massan av mer avlägsna svarta hål. Som författarna säger i sitt papper, ”I kärngalaxer skalar massor av svart hål omvänt med den centrala stjärnytans ljusstyrka och den centrala stjärnmassatätheten - inklusive i Holm 15A. Vi visar denna korrelation här för första gången. ”
Om den korrelationen rymmer, kan det bara vara en tidsfråga innan detta svarta hål på 40 miljarder solmassa töms, och ett nytt, ännu mer massivt svart hål tar sin plats.
Mer:
- Pressmeddelande: Tungvikt i hjärtat av centrala galaxen i Abell 85
- Forskningsdokument: EN 40-BILJONS SOLAR MASS SVART HOL I DEN EXTREMA KÄRNEN AV HOLM 15A, CENTRAL GALAXY OF ABELL 85
- Space Magazine Video: Supermassive Black Holes eller deras galaxer? Vilken kom först?
