Galaktikus nehézsúly - LMU München
Fekete lyukat fedeztek fel 40 milliárd naptömeggel: A galaxishalmaz közepén az "Abell 85" a legnagyobb fekete lyuk a közeli világegyetemben - valószínűleg kisebb fekete lyukak összeolvadásának eredménye.
Az Abell 85 galaxishalmaz képe, amelyet az LMU USM Wendelstein Obszervatóriumában készítettek. A központi, fényes Holm15A galaxis kiterjesztett diffúz maggal rendelkezik. Ennek a galaxisnak a fekete fekete lyukja 40 milliárdszor nagyobb, mint a mi napunk. Fotó: MPE/Müncheni Egyetem Obszervatórium
Az "Abell 85" galaxishalmaz központi galaxisában lévő csillagok millióinak sebességének elemzése rendkívül galaktikus fekete lyuk felfedezéséhez vezetett a galaxis közepén - ez 40 milliárdszor nehezebb, mint a napunk. A müncheni egyetemi obszervatórium (USM) és a Max Planck Földönkívüli Fizikai Intézet (MPE) csillagászai a Wendelstein Obszervatórium új fotometriai adatait és az új nagy felbontású, spektrális megfigyeléseket elemezték a MUSE műszerrel a nagyon nagy teleszkópon (VLT). Ez a legnagyobb tömegű fekete lyuk, amelyet valaha közvetlenül a csillagok mozgása alapján határoztak meg.
Noha az "Abell 85" galaxishalmaz központi galaxisának csillagai önmagukban több mint két billió (10 12) naptömeggel rendelkeznek (a valaha volt egyik legnagyobb csillaghalmaz), a galaxis közepe rendkívül diffúz és halvány. A Müncheni Egyetem Obszervatórium (USM) és a Max Planck Földönkívüli Fizikai Intézet csillagászainak közös csapata ezért közelebbről meg akarta vizsgálni ezt a galaxist. A galaxis központi diffúz régiója óriási, összehasonlítható a Nagy Magellán Felhővel; ez adta a tudósoknak azt az ötletet, hogy itt szokatlanul nagy tömegű fekete lyuk rejtőzik.
Az "Abell 85" galaxishalmaz, amely több mint 500 egyedi galaxisból áll, a Földtől 700 millió fényév távolságra helyezkedik el, és így kétszer olyan messze van, mint bármely más galaxis, amelyben a fekete lyuk tömege közvetlen mértük. "Csak néhány tucat közvetlen tömegmeghatározás létezik a szupermasszív fekete lyukakra - és még soha nem volt ilyen nagy távolság lehetséges" - magyarázza a tanulmányt vezető Jens Thomas. - De ebben a galaxisban már volt egyfajta fekete lyuk nagysága, ezért kipróbáltuk.
Az LMU USM Wendelstein Obszervatóriumában és a VLT MUSE eszközével kapott új adatok lehetővé tették a csapat számára, hogy tömeg becslést készítsen, közvetlenül a galaxis magja körüli csillagok kollektív mozgása alapján. 40 milliárd naptömegű tömegével ez a legnagyobb univerzális fekete lyuk, amelyet a helyi világegyetem jelenleg ismer. "Ez sokszor nagyobb, mint azt közvetett mérések alapján elvárhatnánk, mint például a csillagtömeg vagy a galaxis sebességszóródása" - mondja Roberto Saglia, a tanulmány társszerzője.
A galaxis mérései rendkívül halvány centrumot mutatnak, nagyon kevés csillag van hátra - ez hasonló néhány más elliptikus galaxishoz, de sokkal hangsúlyosabb. "A belső magban lévő fényprofil szintén nem növekszik a központ felé" - magyarázza az USM doktori hallgatója, Kianusch Mehrgan, aki elvégezte az adatelemzést. "Ez azt jelenti, hogy a csillagok többségét a fekete lyukak korábbi összeolvadásakor bekövetkező kölcsönhatások miatt a középpontból ki kellett dobni."
A közhiedelem szerint ezek a diffúz magok a legnagyobb elliptikus galaxisokban keletkeznek, mert a csillagokat "lesöpörik" a központból. Amikor két galaxis egyesül, fekete lyukak párot alkotnak, mielőtt végül összeolvadnának. A két fekete lyuk közelében vezető pályákon lévő csillagokat gravitációs kölcsönhatások adják ki a galaxis többi részének közepéről. Ha nincs több gáz a galaxis közepén, hogy új csillagokat képezzen (mint ez a fiatalabb galaxisokban lenne), ez ahhoz vezet, hogy a mag egyre diffúzabbá és csillagszegényebbé válik.
"A galaxisok összeolvadásának számítógépes szimulációinak legújabb generációja jóslatokkal szolgált, amelyek valóban jól illeszkednek a megfigyelt tulajdonságokhoz" - mondja Jens Thomas, aki szintén hozzájárult a dinamikus modellekhez. „Ezek a szimulációk magukban foglalják a csillagok és a fekete lyuk pár kölcsönhatását; a lényeges komponensek azonban két elliptikus galaxis, amelyek már diffúz maggal rendelkeznek. A fényprofil alakja és a csillagok repülési útvonala nagyon értékes régészeti információ, és megmondja, hogyan alakult ki a mag ebben a galaxisban - ez más nagyon masszív galaxisokba is átvihető. "
Az egyesülések láncolatának e szokatlan kialakulási történetének hátterében is a tudósok képesek voltak új és robusztus kapcsolatot kialakítani a központi fekete lyuk tömege és a galaxis felületi fényereje között: minden egyesüléssel a fekete lyuk tömegre tesz szert, míg a galaxis központja csillagokat veszít. A csillagászok ezt az összefüggést felhasználhatják a fekete lyukak tömeges becslésére még távolabbi galaxisokban, ahol a fekete lyuk közelében lévő csillagok mozgásának közvetlen mérése nem lehetséges.