Анализ скоростей миллионов звезд в центральной галактике скопления галактик Abell 85 привел к открытию чрезвычайно массивной черной дыры в центре галактики — она в сорок миллиардов раз тяжелее нашего Солнца. Астрономы из Обсерватории Мюнхенского университета и Института внеземной физики им. Макса Планка проанализировали новые фотометрические данные из обсерватории Вендельштейна и новые спектральные наблюдения с высоким разрешением с помощью прибора MUSE на VLT очень большого телескопа. Это самая массивная черная дыра, когда-либо прямо определяемая движением звезд.
Хотя только звезды в центральной галактике скопления галактик вместе взятые имеют огромную массу более двух триллионов солнечных масс, центр галактики чрезвычайно рассеян и слабо освещен. Поэтому исследовательская группа хотела поближе взглянуть на эту галактику. Центральная диффузная область галактики имеет огромное расширение, сравнимое с величиной Большого Магелланового Облака; это навело ученых на мысль, что здесь скрывается черная дыра с необычайно большой массой.
Скопление галактик Abell 85, состоящее из более чем 500 отдельных галактик, находится на расстоянии 700 миллионов световых лет от Земли, что делает его вдвое больше, чем любая другая галактика, где до сих пор масса черной дыры измерялась напрямую. «Существует всего несколько десятков прямых массовых сверхмассивных черных дыр-и никогда раньше это не удавалось на таком большом расстоянии“, — объясняет Йенс Томас, возглавлявший исследование.
Новые данные позволили команде провести оценку массы, основанную непосредственно на коллективном движении звезд вокруг ядра галактики. С массой в сорок миллиардов солнечных масс это самая массивная черная дыра, известная в настоящее время в локальной вселенной.
«Это во много раз больше, чем можно было бы ожидать из-за косвенных измерений, таких как звездная масса или дисперсия скорости галактики», — говорит Роберто Салья.
Измерения галактики показывают чрезвычайно слабый световой центр с очень небольшим количеством звезд — хотя это похоже на некоторые другие эллиптические галактики, но гораздо более выраженные. «Световой профиль внутри внутреннего ядра также больше не увеличивается к центру», — объясняет аспирант Киануш Мехрган, который проводил анализ данных. «Это означает, что большинство звезд, должно быть, были выброшены из центра из-за взаимодействий при предыдущих слияниях черных дыр.“
По общепринятому мнению, эти диффузные ядра возникают в крупнейших эллиптических галактиках, потому что звезды сметены из центра. При слиянии двух галактик их черные дыры сначала образуют пару, а затем, наконец, сливаются. Звезды на траекториях, ведущих к близости двух черных дыр, выбрасываются из центра остаточной галактики гравитационными взаимодействиями. Если в центре галактики больше нет газа для образования новых звезд, это приводит к тому, что ядро становится все более рассеянным и бедным в звездах.
«Последнее поколение компьютерного моделирования слияния галактик предоставило нам прогнозы, которые на самом деле хорошо сочетаются с наблюдаемыми характеристиками“, — говорит Йенс Томас, который также внес свой вклад в динамические модели. «Эти симуляции включают взаимодействие между звездами и парой черной дыры; но основным компонентом являются две эллиптические галактики, которые уже имеют диффузные ядра. Форма светового профиля и траектории звезд являются очень ценными археологическими сведениями и сообщают нам, как сформировалось ядро в этой галактике – это можно перенести и на другие очень массивные галактики.“
Даже на фоне этого необычного генезиса в цепочке слияний ученые смогли установить новые и надежные отношения между массой центральной черной дыры и поверхностной яркостью галактики: при каждом слиянии черная дыра набирает массу, а центр галактики теряет звезды. Астрономы могли бы использовать это соотношение для оценки массы черных дыр в еще более отдаленных галактиках, где прямые измерения движения звезд вблизи черной дыры невозможны.