Астрономы обнаружили самую тяжелую черную дыру - 40 миллиардов солнечных масс!

В космосе есть черные дыры разных размеров и масс. Рекорд теперь принадлежит образцу в скоплении галактик Abell 85, где сверхмассивная черная дыра с массой в 40 миллиардов раз больше массы нашего Солнца находится в середине центральной галактики Holm 15A. Астрономы из Института внеземной физики Макса Планка и университетской обсерватории Мюнхена обнаружили это, оценив фотометрические данные из Обсерватории Вендельштейна, а также новые спектральные наблюдения с помощью Очень Большого Телескопа (VLT).

Несмотря на то, что центральная галактика скопления Abell 85 имеет огромную видимую массу около 2 триллионов (1012) солнечных масс в звездах, центр галактики чрезвычайно рассеян и слаб. Именно поэтому совместная группа астрономов из Института внеземной физики имени Макса Планка (MPE) и университетской обсерватории Мюнхена (USM) заинтересовалась этой галактикой. Эта центральная диффузная область в галактике почти так же велика, как и Большое Магелланово Облако, и это было подозрительной подсказкой о присутствии черной дыры с очень высокой массой.

Скопление галактик Abell 85, состоящее из более чем 500 отдельных галактик, находится на расстоянии 700 миллионов световых лет от Земли, что в два раза превышает расстояние для предыдущих прямых измерений массы черных дыр. "Существует всего несколько десятков прямых измерений массы сверхмассивных черных дыр, и никогда раньше не было предпринято такой попытки на таком расстоянии", - объясняет ученый MPE Йенс Томас, который возглавлял исследование. Но у нас уже было некоторое представление о размерах черной дыры в этой конкретной галактике, поэтому мы попробовали".

Новые данные, полученные в обсерватории USM Wendelstein Университета Людвига-Максимилиана и с помощью инструмента MUSE в VLT, позволили команде выполнить оценку массы, основанную непосредственно на движении звезд вокруг ядра галактики. Имея массу 40 миллиардов солнечных масс, это самая массивная черная дыра, известная сегодня в локальной Вселенной. "Это в несколько раз больше, чем ожидалось от косвенных измерений, таких как масса звезды или дисперсия скорости галактики", - говорит Роберто Салия, старший научный сотрудник MPE и преподаватель LMU.

Световой профиль галактики показывает центр с чрезвычайно низкой и очень диффузной поверхностной яркостью, гораздо более слабой, чем в других эллиптических галактиках. "Профиль света во внутреннем ядре также очень плоский", - объясняет доктор USM Киануш Мехрган, который выполнял анализ данных. "Это означает, что большинство звезд в центре, должно быть были изгнаны из-за взаимодействий в предыдущих слияниях".

По общепринятому мнению, ядра в таких массивных эллиптических галактиках формируются посредством так называемого "очищения ядра": при слиянии двух галактик гравитационные взаимодействия между их сливающимися центральными черными дырами приводят к гравитационным рогаткам, которые выбрасывают звезды на преимущественно радиальные орбиты от центра остатка галактики. Если в центре не осталось газа для образования новых звезд - как в более молодых галактиках - это приводит к истощению ядра.

"Новое поколение компьютерных симуляций слияний галактик дало нам предсказания, которые действительно хорошо соответствуют наблюдаемым тут свойствам", - утверждает Йенс Томас, который также предоставил динамические модели. "Эти модели включают в себя взаимодействие между звездами и двойной черной дырой, но ключевым компонентом являются две эллиптические галактики, которые уже имеют истощенные ядра. Это означает, что форма светового профиля и траектории звезд содержат ценную археологическую информацию о конкретных обстоятельствах формирования ядра в этой галактике - а также в других очень массивных галактиках."

Однако даже при такой необычной истории слияния ученые смогли установить новую и прочную связь между массой черной дыры и яркостью поверхности галактики: с каждым слиянием черная дыра набирает массу, а центр галактики теряет звезды. Астрономы могли бы использовать это соотношение для оценки массы черных дыр в более отдаленных галактиках, где прямые измерения движения звезд достаточно близких к черной дыре невозможны.