Astronomen haben im Abell 85-Galaxienhaufen ein Schwarzes Loch mit einer Sonnenmasse von 40 Milliarden entdeckt. Sie fanden den Giganten mithilfe von Spektralbeobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT). Es gibt nur wenige direkte Massenmessungen für Schwarze Löcher, und bei etwa 700 Millionen Lichtjahren von der Erde ist dies die am weitesten entfernte.
Im Abell 85-Cluster befindet sich Holm 15A, eine hellste Clustergalaxie (BCG). Dies bedeutet, dass es die hellste Galaxie im Abell 85-Cluster ist. Das Zentrum von Holm 15A ist diffus und sehr schwach, obwohl die Galaxie selbst sehr leuchtend ist und eine sichtbare Masse von Sternen mit insgesamt zwei Billionen Sonnenmassen aufweist. Diese offensichtliche Diskrepanz fiel den Forschern des Max-Planck-Instituts für außerirdische Physik (MPE) und des Universitätsobservatoriums München (USM) auf.
Die neue Studie wurde vom MPE-Wissenschaftler Jens Thomas geleitet. Die diffuse Zentralregion in Holm 15A ist fast so groß wie die Große Magellansche Wolke, und Thomas und die anderen Astronomen hielten dies für einen Hinweis darauf, dass ein enorm massives Schwarzes Loch vorhanden war. Das Team verwendete Daten aus dem MUSE-Spektrometer des VLT und dem USM Wendelstein Observatory, um diese riesige diffuse Region zu untersuchen.
In einer Pressemitteilung sagte Thomas: „Es gibt nur ein paar Dutzend direkte Massenmessungen von supermassiven Schwarzen Löchern, und noch nie wurde dies in einer solchen Entfernung versucht. Aber wir hatten bereits eine Vorstellung von der Größe des Schwarzen Lochs in dieser speziellen Galaxie, also haben wir es versucht. “
Die Daten beider Teleskope ermöglichten es dem Team, eine Massenschätzung durchzuführen, die direkt auf den Sternbewegungen um den Kern der Galaxie basiert. Als die Daten eingingen, wurde das supermassereiche Schwarze Loch mit einer Sonnenmasse von 40 Milliarden enthüllt, was es zum massereichsten Schwarzen Loch im bekannten Universum macht.
"Dies ist um ein Vielfaches größer als bei indirekten Messungen wie der Sternmasse oder der Geschwindigkeitsdispersion der Sterne erwartet", sagte Roberto Saglia, leitender Wissenschaftler am MPE und Dozent an der LMU.
Das Zentrum von Holm 15A hat eine sehr geringe, diffuse Oberflächenhelligkeit. Es ist viel schwächer als in anderen elliptischen Galaxien. Dies ist ein Hinweis darauf, dass während der Fusionen, die dieses Ungetüm hervorgebracht haben, viele Sterne aus dem Zentrum vertrieben wurden. Der LMU-Doktorand Kianusch Mehrgan half bei der Analyse einiger Daten in dieser Studie. In derselben Pressemitteilung sagte Mehrgan: „Das Lichtprofil im inneren Kern ist ebenfalls sehr flach. Dies bedeutet, dass die meisten Sterne in der Mitte aufgrund von Wechselwirkungen bei früheren Fusionen vertrieben worden sein müssen. “
Holm 15A ist eine frühe Galaxie oder ETG. Nach allgemeiner Ansicht bilden sich die Kerne dieser Arten massereicher Galaxien aufgrund eines Prozesses, der als "Kernreinigung" bezeichnet wird. Wenn zwei Galaxien verschmelzen, verschmelzen auch ihre schwarzen Löcher. Alle diese Gravitationswechselwirkungen haben einen Schleudereffekt auf Sterne und werfen sie aus den Kernen aus. Ohne Gas im Kern können sich keine neuen Sterne bilden, was zu diesem erschöpften Kerntyp führt.
Tatsächlich deutet das Lichtprofil für Holm 15A darauf hin, dass die beiden verschmolzenen elliptischen Galaxien bereits Kerne aus früheren Fusionen erschöpft hatten. Dieser erschöpfte, diffuse, riesige Kern war ein Hinweis darauf, dass ein riesiges Schwarzes Loch in der Mitte liegt.
"Die neueste Generation von Computersimulationen von Galaxienfusionen gab uns Vorhersagen, die tatsächlich ziemlich gut mit den beobachteten Eigenschaften übereinstimmen", sagte Jens Thomas, der auch die dynamischen Modelle lieferte. „Diese Simulationen beinhalten Wechselwirkungen zwischen Sternen und einer Binärdatei des Schwarzen Lochs, aber der entscheidende Bestandteil sind zwei elliptische Galaxien, deren Kerne bereits erschöpft sind. Dies bedeutet, dass die Form des Lichtprofils und die Flugbahnen der Sterne wertvolle archäologische Informationen über die spezifischen Umstände der Kernbildung in dieser Galaxie sowie in anderen sehr massiven Galaxien enthalten. “
Die Beziehung zwischen dem Lichtprofil und der Masse des Schwarzen Lochs könnte zu einem besseren Verständnis der Schwarzen Löcher und zu einer neuen Methode zur Messung ihrer Masse führen.
Die meisten supermassiven Schwarzen Löcher sind zu weit entfernt, um direkt gemessen zu werden. Diese Forschung weist jedoch auf eine neue Beziehung zwischen Helligkeit und Masse hin. Jedes Mal, wenn zwei Schwarze Löcher verschmelzen, nimmt die Masse zu, aber Sterne werden ausgestoßen und der galaktische Kern wird dunkler, vorausgesetzt, es fehlt an Gas für die Bildung neuer Sterne.
Das Team beabsichtigt, sein Modell weiterzuentwickeln, und es kann sich über die Messung der Masse der Schwarzen Löcher hinaus erstrecken. In ihrer Arbeit heißt es: "Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die genaue Form des zentralen Lichtprofils sowie die Details der Verteilung der Sternbahnen im Zentrum wertvolle Informationen über die Verschmelzungsgeschichte sehr massereicher Galaxien enthalten."
Die Masse der meisten Schwarzen Löcher wird durch Messung der Bewegung von Sternen in der Nähe des galaktischen Zentrums bestimmt. In sehr weit entfernten Galaxien können die Bewegungen dieser Sterne nicht bestimmt werden. Diese neue Beziehung zwischen Licht und Masse könnte jedoch die Grundlage für die Messung der Masse entfernterer Schwarzer Löcher bilden. Wie die Autoren in ihrer Arbeit sagen: „In Kerngalaxien skalieren die Massen der Schwarzen Löcher umgekehrt mit der Helligkeit der zentralen Sternoberfläche und der Dichte der zentralen Sternmasse - auch in Holm 15A. Wir zeigen diesen Zusammenhang hier zum ersten Mal. “
Wenn diese Korrelation zutrifft, ist es möglicherweise nur eine Frage der Zeit, bis dieses Schwarze Loch mit 40 Milliarden Sonnenmassen entthront wird und ein neues, noch massereicheres Schwarzes Loch seinen Platz einnimmt.
Mehr:
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