Greutate galactică

O gaură neagră cu 40 de miliarde de mase solare descoperite: în centrul grupului de galaxii „Abell 85” se află cea mai mare gaură neagră din universul din apropiere - este probabil rezultatul unui lanț de fuzionare a găurilor negre mai mici.

găuri negre

Imagine a clusterului de galaxii Abell 85, realizată la Observatorul USM Wendelstein al LMU. Galaxia centrală, strălucitoare Holm15A are un miez difuz extins. Gaura neagră centrală a acestei galaxii este de 40 de miliarde de ori mai masivă decât soarele nostru. Foto: MPE/Observatorul Universității din München

O analiză a vitezei a milioane de stele din galaxia centrală a grupului de galaxii „Abell 85” a dus la descoperirea unei găuri negre extrem de masive în centrul galaxiei - este cu 40 de miliarde de ori mai grea decât soarele nostru. Astronomii de la Observatorul Universității din München (USM) și de la Institutul Max Planck pentru Fizică Extraterestră (MPE) au analizat noi date fotometrice de la Observatorul Wendelstein și noi observații spectrale de înaltă rezoluție cu instrumentul MUSE pe Telescopul foarte mare (VLT). Este cea mai masivă gaură neagră determinată vreodată direct din mișcarea stelelor.

Deși stelele din galaxia centrală a grupului de galaxii „Abell 85” au singure masa enormă de peste două trilioane (10 12) de mase solare (unul dintre cele mai mari grupuri de stele din istorie), centrul galaxiei este extrem de difuz și slab. O echipă comună de astronomi de la Observatorul Universității din München (USM) și Institutul Max Planck pentru Fizică Extraterestră a dorit, prin urmare, să arunce o privire mai atentă asupra acestei galaxii. Regiunea difuză centrală a galaxiei este enormă, comparabilă cu cea a Marelui Nor Magellanic; acest lucru le-a dat oamenilor de știință ideea că aici este ascunsă o gaură neagră cu o masă neobișnuit de mare.

Clusterul de galaxii „Abell 85”, care constă din mai mult de 500 de galaxii individuale, este situat la o distanță de 700 de milioane de ani lumină de Pământ și este astfel de două ori mai îndepărtat decât orice altă galaxie în care până acum masa unei găuri negre este directă a fost măsurată. „Există doar câteva zeci de determinări directe de masă ale găurilor negre supermasive - și niciodată nu a fost posibilă la o distanță atât de mare”, explică Jens Thomas, care a condus studiul. "Dar am avut deja o idee despre dimensiunea găurii negre din această galaxie, așa că am încercat".

Noile date, obținute la Observatorul USM Wendelstein de la LMU și cu instrumentul MUSE de la VLT, au permis echipei să facă o estimare a masei bazată direct pe mișcările colective ale stelelor în jurul nucleului galaxiei. Cu o masă de 40 de miliarde de mase solare, aceasta este cea mai masivă gaură neagră cunoscută în prezent în universul local. „Este de multe ori mai mare decât ne-am aștepta pe baza măsurătorilor indirecte, cum ar fi masa stelară sau dispersia vitezei galaxiei”, spune Roberto Saglia, coautor al studiului.
Măsurătorile galaxiei arată un centru extrem de slab, cu foarte puține stele rămase - acest lucru este similar cu alte galaxii eliptice, dar mult mai pronunțat. „Profilul luminos din nucleul interior nu mai crește spre centru”, explică doctorandul USM Kianusch Mehrgan, care a efectuat analiza datelor. „Aceasta înseamnă că majoritatea stelelor trebuie să fi fost expulzate din centru din cauza interacțiunilor din fuziunile anterioare ale găurilor negre”.

Potrivit credinței populare, aceste nuclee difuze apar în cele mai mari galaxii eliptice, deoarece stelele sunt „măturate” din centru. Când două galaxii fuzionează, găurile lor negre formează o pereche înainte de a fuziona în cele din urmă. Stelele pe traiectorii care duc în apropierea celor două găuri negre sunt evacuate din centrul restului galaxiei prin interacțiuni gravitaționale. Dacă nu mai există gaz în centrul galaxiei pentru a forma stele noi (așa cum ar fi cazul galaxiilor mai tinere), acest lucru duce la transformarea miezului din ce în ce mai difuză și săracă în stele.

„Ultima generație de simulări pe computer a fuzionării galaxiilor ne-a oferit predicții care se potrivesc de fapt bine proprietăților observate”, spune Jens Thomas, care a contribuit și la modelele dinamice. „Aceste simulări includ interacțiunile dintre stele și o pereche de găuri negre; componentele esențiale sunt însă două galaxii eliptice care au deja nuclei difusi. Forma profilului luminii și căile de zbor ale stelelor sunt informații arheologice foarte valoroase și ne spun cum s-a format nucleul în această galaxie - aceasta poate fi transferată și în alte galaxii foarte masive. "

Chiar și pe fondul acestei geneze neobișnuite într-un lanț de fuziuni, oamenii de știință au reușit să stabilească o relație nouă și robustă între masa găurii negre centrale și luminozitatea suprafeței galaxiei: cu fiecare fuziune, gaura neagră câștigă masă în timp ce centrul galaxiei pierde stele. Astronomii ar putea folosi această relație pentru a estima mase de găuri negre în galaxii și mai îndepărtate, unde nu sunt posibile măsurători directe ale mișcării stelelor în apropierea găurii negre.