Objev podivně obrovské černé díry ve vesmírné galaxii Mléčné dráhy

Astronomové z University of Texas na MacDonald Observatory v Austinu objevili neobvykle velkou hmotu Černá díra v něčím srdci mléčná dráhaU trpasličích satelitních galaxií, nazývaných Leo I, o velikosti černé díry naší galaxie, by objev mohl předefinovat naše chápání toho, jak se všechny galaxie – stavební kameny vesmíru – vyvíjely. Práce byla publikována v nedávném čísle Astrophysical Journal.

Tým se rozhodl studovat Lva I kvůli jeho specifičnosti. Na rozdíl od většiny trpasličích galaxií obíhajících kolem Mléčné dráhy, Leo One neobsahuje mnoho temné hmoty. Vědci měřili profil temné hmoty Lea I – jak se mění hustota temné hmoty od vnějších okrajů galaxie k jejímu středu. Udělali to měřením jejich gravitace na hvězdách: čím rychleji se hvězdy pohybují, tím více hmoty je na jejich drahách. Tým chtěl zejména zjistit, zda se hustota temné hmoty zvyšuje směrem ke galaktickému středu. Chtěli také zjistit, zda jejich měření profilu bude odpovídat předchozím měřením provedeným pomocí dat starých dalekohledů v kombinaci s počítačovými modely.

Tým vedený Marií Jose Bustamante, čerstvou absolventkou doktorského studia na University of Austin, zahrnuje astronomy z Utahu Eva Noyola, Karl Gebhardt a Greg Zeemann a také kolegové z německého Institutu Maxe Plancka pro mimozemskou fyziku (MPE).

Pro svá pozorování použili unikátní přístroj s názvem VIRUS-W na dalekohledu Harlan J. Smith na 2,7metrové observatoři MacDonald.

Když tým vložil svá vylepšená data a složité modely do superpočítače v Advanced Computing Center UT Austin, dostali překvapivý výsledek.

„Modely křičí, že potřebujete černou díru ve středu; ve skutečnosti nepotřebujete tolik temné hmoty,“ řekl Gebhardt. „Máte velmi malou galaxii spadající do Mléčné dráhy a její černá díra je masivní jako mléčná dráha. Hmotnostní poměr je velmi velký. Dominantní je Mléčná dráha. Černá díra Leo I je zhruba srovnatelná.“ Výsledek je bezprecedentní.

Vědci uvedli, že výsledek se lišil od předchozích studií Lea I díky kombinaci lepších dat a superpočítačové simulace. Hustá centrální oblast galaxie byla většinou neprozkoumaná v předchozích studiích, které se zaměřovaly na rychlosti jednotlivých hvězd. Současná studie ukázala, že u těchto několika rychlostí v minulosti existovala tendence k nižším rychlostem. To zase snížilo množství odvozené hmoty na jejich drahách.

Nová data jsou soustředěna v centrální oblasti a nejsou ovlivněna tímto zkreslením. Množství odvozené hmoty obsažené na drahách hvězd dramaticky vzrostlo.

Bustamante řekl, že objev by mohl otřást chápáním astronomů o galaktickém vývoji, protože „neexistuje žádné vysvětlení pro tento typ černé díry v trpasličích sférických galaxiích.“

Toto zjištění je ještě významnější, protože astronomové používali galaxie jako Leo I, nazývané „trpasličí sféroidní galaxie“, po dobu 20 let, aby pochopili, jak je temná hmota distribuována v galaxiích, dodal Gebhardt. Tento nový typ sloučení černých děr také dává observatořím gravitačních vln nový signál, který je třeba hledat.

„Pokud je hmotnost černé díry Lea I velká, může to vysvětlit, jak černé díry rostou v masivních galaxiích,“ řekl Gebhardt. Je to proto, že v průběhu času, když menší galaxie jako Leo I spadají do větších galaxií, černá díra menší galaxie se spojí s těmi ve větší galaxii, čímž se zvýší jejich hmotnost.

VIRUS-W, který postavil tým z MPE v Německu, je v současnosti jediným nástrojem na světě, který dokáže provádět tento druh profilové studie temné hmoty. Noyola poznamenal, že mnoho trpasličích galaxií na jižní polokouli je pro něj dobrým cílem, ale žádný dalekohled na jižní polokouli na to není vybaven. Obří Magellanův dalekohled (GMT) je nyní ve výstavbě, chile je pro tento druh práce částečně navrženo. UT Austin je zakládajícím partnerem GMT.

Odkaz: „Dynamická analýza temné hmoty a hmoty centrální černé díry v trpasličím kulovém Lvu I“ od MJ Bustamante Russell, Eva Noyola, Karl Gebhardt, Maximilian H Fabricius, Zimina Mazalai, Jens Thomas a Greg Zeman, 5. listopadu 2021 a Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac0c79