Astronomen hebben een zwart gat van 40 miljard zonsmassa gezien in de Abell 85-cluster van sterrenstelsels. Ze vonden de kolos met behulp van spectrale waarnemingen met de Very Large Telescope (VLT.) Er zijn maar een paar directe massametingen voor zwarte gaten, en op ongeveer 700 miljoen lichtjaar van de aarde is dit de verste.
In het Abell 85-cluster ligt Holm 15A, een helderste clusterstelsel (BCG.) Dat betekent dat het het helderste sterrenstelsel in het Abell 85-cluster is. Het centrum van Holm 15A is diffuus en erg zwak, ook al is het sterrenstelsel zelf erg lichtgevend en heeft het een zichtbare massa van sterren van in totaal twee biljoen zonsmassa's. Deze schijnbare discrepantie viel de ogen op van onderzoekers van het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) en de University Observatory Munich (USM.)
De nieuwe studie werd geleid door MPE-wetenschapper Jens Thomas. Het diffuse centrale gebied in Holm 15A is bijna net zo groot als de Grote Magelhaense Wolk, en Thomas en de andere astronomen dachten dat dit een aanwijzing was dat er een enorm massief zwart gat aanwezig was. Het team gebruikte gegevens van de MUSE-spectrometer op de VLT en het USM Wendelstein-observatorium om dit uitgestrekte diffuse gebied te bestuderen.
In een persbericht zei Thomas: “Er zijn maar een paar dozijn directe massametingen van superzware zwarte gaten, en nooit eerder is geprobeerd op zo'n afstand. Maar we hadden al een idee van de grootte van het Zwarte Gat in dit specifieke sterrenstelsel, dus we hebben het geprobeerd. ”
De gegevens van beide telescopen stelden het team in staat een massaschatting uit te voeren die rechtstreeks was gebaseerd op de stellaire bewegingen rond de kern van de melkweg. Toen de gegevens binnen waren, werd het 40 miljard zonne-massa superzware zwarte gat onthuld, waardoor het het meest massieve zwarte gat in het bekende universum is.
"Dit is meerdere malen groter dan verwacht van indirecte metingen, zoals de stellaire massa of de snelheidsverspreiding van de sterren", zegt Roberto Saglia, senior wetenschapper bij MPE en docent aan de LMU.
Het centrum van Holm 15A heeft een zeer lage, diffuse helderheid van het oppervlak. Het is veel zwakker dan in andere elliptische sterrenstelsels. Dat is een aanwijzing dat veel sterren uit het centrum zijn verdreven tijdens de fusies die deze kolos hebben gecreëerd. LMU-promovendus Kianusch Mehrgan hielp bij het analyseren van enkele van de gegevens in dit onderzoek. In hetzelfde persbericht zei Mehrgan: “Het lichtprofiel in de binnenkern is ook erg plat. Dit betekent dat de meeste sterren in het centrum moeten zijn verdreven vanwege interacties bij eerdere fusies. ”
Holm 15A is een Early Type Galaxy of ETG. In de algemeen aanvaarde visie vormen de kernen van dit soort massieve sterrenstelsels het resultaat van een proces dat 'kernschuren' wordt genoemd. Als twee sterrenstelsels samenkomen, gaan ook hun zwarte gaten samen. Al die zwaartekrachtsinteracties hebben een katapulteffect op sterren en werpen ze uit de kernen. Zonder gas in de kern kunnen er geen nieuwe sterren gevormd worden, wat leidt tot dit verarmde type kern.
In feite suggereert het lichtprofiel voor Holm 15A dat de twee samengevoegde elliptische sterrenstelsels reeds verarmde kernen hadden van eerdere fusies. Dus die uitgeputte, diffuse, enorme kern was een aanwijzing dat er een enorm zwart gat in het midden ligt.
"De nieuwste generatie computersimulaties van fusies van sterrenstelsels gaf ons voorspellingen die inderdaad vrij goed overeenkomen met de waargenomen eigenschappen", zei Jens Thomas, die ook de dynamische modellen leverde. “Deze simulaties omvatten interacties tussen sterren en een binair zwart gat, maar het cruciale ingrediënt zijn twee elliptische sterrenstelsels die al verarmde kernen hebben. Dit betekent dat de vorm van het lichtprofiel en de banen van de sterren waardevolle archeologische informatie bevatten over de specifieke omstandigheden van kernvorming in dit sterrenstelsel - evenals over andere zeer massieve sterrenstelsels. ”
De relatie tussen het lichtprofiel en de massa van het zwarte gat kan leiden tot een beter begrip van zwarte gaten en een nieuwe manier om hun massa te meten.
De meeste superzware zwarte gaten zijn te ver weg om direct te meten. Maar dit onderzoek wijst op een nieuwe relatie tussen helderheid en massa. Elke keer dat twee zwarte gaten samensmelten, neemt de massa toe, maar worden de sterren uitgeworpen en wordt de galactische kern zwakker, ervan uitgaande dat er een gebrek aan gas is voor nieuwe stervorming.
Het team is van plan hun model verder te ontwikkelen, en het kan verder gaan dan alleen het meten van de massa van zwarte gaten. In hun paper zeggen ze: "Onze resultaten suggereren dat de exacte vorm van het centrale lichtprofiel en de details van de verdeling van stellaire banen in het centrum waardevolle informatie bevatten over de samenvoeggeschiedenis van zeer massieve sterrenstelsels."
De massa van de meeste zwarte gaten wordt bepaald door de beweging van sterren dichtbij het galactische centrum te meten. In verre sterrenstelsels kunnen de bewegingen van die sterren niet worden bepaald. Maar deze nieuwe relatie tussen licht en massa zou de basis kunnen vormen voor het meten van de massa van verder weg gelegen zwarte gaten. Zoals de auteurs in hun paper zeggen: “In kernstelsels zijn de massa's van zwarte gaten omgekeerd evenredig met de helderheid van het centrale stellaire oppervlak en de dichtheid van de centrale stellaire massa - ook in Holm 15A. We laten deze correlatie hier voor het eerst zien. ”
Als die correlatie geldt, is het misschien slechts een kwestie van tijd voordat dit zwarte gat van 40 miljard zonsmassa wordt onttroond en er een nieuw, nog massiever zwart gat voor in de plaats komt.
Meer:
- Persbericht: zwaargewicht in het hart van de centrale melkweg Abell 85
- Onderzoeksartikel: EEN 40 MILJARD MILIEU ZWART GAT IN DE EXTREEM KERN VAN HOLM 15A, DE CENTRALE GALAXY VAN ABELL 85
- Space Magazine Video: superzware zwarte gaten of hun sterrenstelsels? Welke kwam er eerst?
