Ved å bruke en ny datamodell har astronomer bestemt at det sorte hullet i sentrum av M87-galaksen er minst dobbelt så stort som tidligere antatt. Med en vekt på 6,4 milliarder ganger solens masse, er det det mest massive sorte hullet som ennå er målt, og denne nye modellen antyder at de aksepterte sorte hullmassene i andre store nærliggende galakser kan være av like store mengder. Dette har konsekvenser for teorier om hvordan galakser dannes og vokser, og kan til og med løse et mangeårig astronomisk paradoks.
Astronomene Karl Gebhardt fra University of Texas i Austin og Jens Thomas fra Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics detaljerte sine funn mandag på konferansen American Astronomical Society i Pasadena, California.
For å prøve å forstå hvordan galakser dannes og vokser, starter astronomer med grunnleggende informasjon om galakser i dag, for eksempel hva de er laget av, hvor store de er og hvor mye de veier. Astronomer måler denne siste kategorien, galaksmasse, ved å klokke hastigheten til stjerner som går i bane rundt galaksen.
Studier av den totale massen er viktige, sa Thomas, men "det avgjørende poenget er å avgjøre om massen er i det sorte hullet, stjernene eller den mørke glorie. Du må kjøre en sofistikert modell for å kunne oppdage hvilken som er hvilken. Jo flere komponenter du har, jo mer komplisert er modellen. "
For å modellere M87 brukte Gebhardt og Thomas en av verdens kraftigste superdatamaskiner, Lonestar-systemet ved University of Texas i Austins Texas Advanced Computing Center. Lonestar er en Dell Linux-klynge med 5840 prosessorkjerner og kan utføre 62 billioner flytende punktoperasjoner per sekund. (Dagens topp bærbare datamaskin har to kjerner og kan utføre opptil 10 milliarder flytende punktoperasjoner per sekund.)
Gebhardt og Jens 'modell av M87 var mer komplisert enn tidligere modeller av galaksen, fordi den i tillegg til å modellere stjernene og det svarte hullet, tar hensyn til galakas "mørke glorie", en sfærisk region som omgir en galakse som strekker seg utover dens viktigste synlig struktur, som inneholder galakas mystiske "mørke materie."
"I det siste har vi alltid vurdert den mørke glorie som viktig, men vi hadde ikke datamaskinens ressurser til å utforske den også," sa Gebhardt. ”Vi klarte bare å bruke stjerner og sorte hull før. Sleng den mørke glorie, det blir for beregningsdyktig, du må gå til superdatamaskiner. ”
Lonestar-resultatet var en masse for M87s sorte hull flere ganger hva tidligere modeller har funnet. "Vi forventet ikke det i det hele tatt," sa Gebhardt. Han og Jens ville rett og slett teste modellen sin på "den viktigste galaksen der ute," sa han.
M87, som var ekstremt massiv og praktisk i nærheten (astronomisk), var en av de første galaksene som ble foreslått å ha et sentralt svart hull for nesten tre tiår siden. Den har også en aktiv jet som skyter lys ut galaksenes kjerne når materien virvler nærmere det sorte hullet, slik at astronomer kan studere prosessen der sorte hull tiltrekker seg materie. Alle disse faktorene gjør M87 til “ankeret for supermassive studier i svart hull”, sa Gebhardt.
Disse nye resultatene for M87, sammen med hint fra andre nyere studier og hans egne nyere teleskopobservasjoner (publikasjoner i forberedelse), fører ham til å mistenke at alle sorte hullmasser for de mest massive galakene er undervurdert.
Denne konklusjonen "er viktig for hvordan sorte hull forholder seg til galakser," sa Thomas. "Hvis du endrer massen på det sorte hullet, endrer du hvordan det sorte hullet forholder seg til galaksen." Det er et tett forhold mellom galaksen og dets sorte hull som hadde tillatt forskere å undersøke fysikken om hvordan galakser vokser over kosmisk tid. Å øke svart hullmassene i de mest massive galaksene vil føre til at dette forholdet blir evaluert på nytt.
Høyere masser for sorte hull i nærliggende galakser kunne også løse et paradoks angående massene av kvasarer - aktive sorte hull i sentrum av ekstremt fjerne galakser, sett på en mye tidligere kosmisk epoke. Kvasarer lyser sterkt når materialet går i spiral og avgir rikelig stråling før de krysser begivenhetshorisonten (det området som ingenting - ikke engang lys - kan slippe unna).
"Det er et mangeårig problem ved at massene av svart hull i kvasaren var veldig store - 10 milliarder solmasser," sa Gebhardt. "Men i lokale galakser så vi aldri sorte hull som er så enorme, ikke på langt nær. Mistanken var før at kvasarmassene var gale, ”sa han. Men "hvis vi øker massen på M87 to eller tre ganger, forsvinner problemet nesten."
Dagens konklusjoner er modellbaserte, men Gebhardt har også gjort nye teleskopobservasjoner av M87 og andre galakser ved hjelp av nye kraftige instrumenter på Gemini Nord-teleskopet og European Southern Observatory's Very Large Telescope. Han sa at disse dataene, som snart vil bli lagt ut for publisering, støtter de nåværende modellbaserte konklusjonene om svart hullmasse.
For fremtidige teleskopobservasjoner av galaktiske mørke haloer, bemerker Gebhardt at et relativt nytt instrument ved University of Texas ved Austins McDonald Observatory er perfekt. "Hvis du trenger å studere glorie for å få svart hullmasse, er det ikke noe bedre instrument enn VIRUS-P," sa han. Instrumentet er en spektrograf. Den skiller lyset fra astronomiske objekter i dets bølgelengder, og skaper en signatur som kan leses for å finne ut et objekts avstand, hastighet, bevegelse, temperatur og mer.
VIRUS-P er bra for glorieundersøkelser fordi den kan ta spektra over et veldig stort himmelområde, slik at astronomer kan nå de veldig lave lysnivåene i store avstander fra galakssenteret der den mørke glorie er dominerende. Det er en prototype, bygd for å teste teknologi som går inn i den større VIRUS-spektrografen for det kommende Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX).
Kilder: AAS, McDonald Observatory
