Galaktická ťažká váha - LMU Mníchov
Objavená čierna diera so 40 miliardami slnečných hmôt: V strede zhluku galaxií „Abell 85“ je najväčšia čierna diera v blízkom vesmíre - je to pravdepodobne výsledok reťaze spojenia menších čiernych dier.
Obrázok zhluku galaxií Abell 85, ktorý bol urobený na observatóriu USM Wendelstein LMU. Centrálna, jasná galaxia Holm15A má rozšírené difúzne jadro. Centrálna čierna diera tejto galaxie je 40 miliárdkrát hmotnejšia ako naše slnko. Foto: MPE/Mníchovské univerzitné observatórium
Analýza rýchlostí miliónov hviezd v centrálnej galaxii v kupe galaxií „Abell 85“ viedla k objaveniu mimoriadne masívnej čiernej diery v strede galaxie - je to 40 miliárdkrát ťažšie ako naše slnko. Astronómovia z mníchovského univerzitného observatória (USM) a z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) analyzovali nové fotometrické údaje z Wendelsteinovho observatória a nové spektrálne pozorovania s vysokým rozlíšením pomocou prístroja MUSE na veľmi veľkom ďalekohľade (VLT). Je to najmohutnejšia čierna diera, aká bola kedy určená priamo z pohybu hviezd.
Aj keď samotné hviezdy v centrálnej galaxii klastra galaxií „Abell 85“ majú obrovskú hmotnosť viac ako dvoch biliónov (10 12) slnečných hmôt (jedna z najväčších hviezdokôp vôbec), stred galaxie je mimoriadne rozptýlený a slabý. Spoločný tím astronómov z Mníchovského univerzitného observatória (USM) a Max Planckovho inštitútu pre mimozemskú fyziku sa preto chcel bližšie pozrieť na túto galaxiu. Centrálna difúzna oblasť galaxie je obrovská, porovnateľná s oblasťou Veľkého Magellanovho mračna; to vedcom dalo predstavu, že sa tu ukrýva čierna diera s neobvykle veľkou hmotou.
Zhluk galaxií „Abell 85“, ktorý sa skladá z viac ako 500 jednotlivých galaxií, sa nachádza vo vzdialenosti 700 miliónov svetelných rokov od Zeme, a je teda dvakrát tak vzdialený od ktorejkoľvek inej galaxie, v ktorej je doteraz hmotnosť čiernej diery priamo bol meraný. "Existuje iba niekoľko desiatok priamych hromadných stanovení supermasívnych čiernych dier - a nikdy predtým to nebolo možné na takú veľkú vzdialenosť," vysvetľuje Jens Thomas, ktorý štúdiu viedol. „Ale v tejto konkrétnej galaxii sme už mali tušenie o veľkosti čiernej diery, takže sme to skúsili.“
Nové údaje získané z observatória USM Wendelstein na LMU a s prístrojom MUSE na VLT umožnili tímu vykonať hromadný odhad založený priamo na kolektívnych pohyboch hviezd okolo jadra galaxie. S hmotnosťou 40 miliárd slnečných hmôt je to najhmotnejšia čierna diera, ktorá je v súčasnosti v miestnom vesmíre známa. „Je mnohonásobne väčší, ako by sa dalo očakávať na základe nepriamych meraní, ako je napríklad hviezdna hmotnosť alebo rozptyl rýchlosti galaxie,“ hovorí Roberto Saglia, spoluautor štúdie.
Merania galaxie ukazujú mimoriadne slabý stred iba s veľmi malým počtom hviezd - je to podobné ako v prípade iných eliptických galaxií, ale je to oveľa výraznejšie. „Svetelný profil vo vnútornom jadre sa už ďalej nezvyšuje smerom do stredu,“ vysvetľuje doktorand USM Kianusch Mehrgan, ktorý vykonal analýzu údajov. „To znamená, že väčšina hviezd musela byť vyvrhnutá zo stredu v dôsledku interakcií pri predchádzajúcich zlúčeniach čiernych dier.“
Podľa všeobecného presvedčenia tieto difúzne jadrá vznikajú v najväčších eliptických galaxiách, pretože hviezdy sú „vymetené“ zo stredu. Keď sa dve galaxie zlúčia, ich čierne diery vytvoria pár skôr, ako sa nakoniec spoja. Hviezdy na trajektóriách blízko dvoch čiernych dier sú gravitačnými interakciami vyvrhované zo stredu zvyšku galaxie. Ak v strede galaxie už nie je plyn, ktorý by vytvoril nové hviezdy (ako by to bolo v prípade mladších galaxií), vedie to k tomu, že jadro je čoraz viac rozptýlené a chudobné na hviezdy.
„Posledná generácia počítačových simulácií spájania galaxií nám poskytla predpovede, ktoré sa skutočne dobre hodia k pozorovaným vlastnostiam,“ hovorí Jens Thomas, ktorý prispel aj k dynamickým modelom. „Tieto simulácie zahŕňajú interakcie medzi hviezdami a párom čiernych dier; podstatnými zložkami sú však dve eliptické galaxie, ktoré už majú difúzne jadrá. Tvar svetelného profilu a dráhy letu hviezd sú veľmi cenné archeologické informácie a informujú nás o tom, ako sa v tejto galaxii formovalo jadro - to sa dá preniesť aj do iných veľmi hmotných galaxií. ““
Aj na pozadí tejto neobvyklej histórie formovania v reťazci fúzií sa vedcom podarilo vytvoriť nový a robustný vzťah medzi hmotou centrálnej čiernej diery a povrchovým jasom galaxie: pri každej fúzii čierna diera získava hmotu, zatiaľ čo stred galaxie stráca hviezdy. Astronómovia by mohli tento vzťah použiť na odhad hmotnosti čiernych dier v ešte vzdialenejších galaxiách, kde nie sú možné priame merania pohybu hviezd v blízkosti čiernej diery.