[/rubrik]
Med hjälp av en ny datormodell har astronomer fastställt att det svarta hålet i mitten av M87-galaxen är minst dubbelt så stort som man tidigare trott. Med en vikt på 6,4 miljarder gånger solens massa är det det mest massiva svarta hålet som hittills uppmätts, och den här nya modellen tyder på att de accepterade svarta hålsmassorna i andra stora närliggande galaxer kan vara lägre än liknande mängder. Detta får konsekvenser för teorier om hur galaxer bildas och växer, och kan till och med lösa en långvarig astronomisk paradox.
Astronomerna Karl Gebhardt från University of Texas i Austin och Jens Thomas från Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics presenterade sina resultat på måndagen vid American Astronomical Society-konferensen i Pasadena, Kalifornien.
För att försöka förstå hur galaxer bildas och växer börjar astronomerna med grundläggande information om galaxerna idag, som vad de är gjorda av, hur stora de är och hur mycket de väger. Astronomer mäter denna sista kategori, galaxmassan, genom att klocka hastigheten på stjärnor som kretsar runt i galaxen.
Studier av den totala massan är viktiga, sa Thomas, men 'den avgörande punkten är att avgöra om massan finns i det svarta hålet, stjärnorna eller den mörka gloria. Du måste köra en sofistikerad modell för att kunna upptäcka vilken som är vilken. Ju fler komponenter du har, desto mer komplicerad är modellen.”
För att modellera M87 använde Gebhardt och Thomas en av världens mest kraftfulla superdatorer, Lonestar-systemet vid University of Texas i Austins Texas Advanced Computing Center. Lonestar är ett Dell Linux-kluster med 5 840 bearbetningskärnor och kan utföra 62 biljoner flyttalsoperationer per sekund. (Dagens top-of-the-line bärbara dator har två kärnor och kan utföra upp till 10 miljarder flyttalsoperationer per sekund.)
Gebhardt och Jens modell av M87 var mer komplicerad än tidigare modeller av galaxen, eftersom den förutom att modellera dess stjärnor och svarta hål tar hänsyn till galaxens 'mörka halo', en sfärisk region som omger en galax som sträcker sig utanför dess huvudsakliga synlig struktur som innehåller galaxens mystiska 'mörk materia'.
'Tidigare har vi alltid ansett den mörka halo vara betydande, men vi hade inte datorresurserna för att utforska den också,' sa Gebhardt. 'Vi kunde bara använda stjärnor och svarta hål tidigare. Kasta in den mörka halo, det blir för beräkningsmässigt dyrt, du måste gå till superdatorer.”
Lonestar-resultatet var en massa för M87:s svarta hål flera gånger vad tidigare modeller har hittat. 'Vi förväntade oss det inte alls,' sa Gebhardt. Han och Jens ville helt enkelt testa sin modell på 'den viktigaste galaxen där ute', sa han.
Extremt massiv och bekvämt i närheten (i astronomiska termer) var M87 en av de första galaxerna som föreslogs att hysa ett centralt svart hål för nästan tre decennier sedan. Den har också en aktiv jetstråle som skjuter ljus ut genom galaxens kärna när materia virvlar närmare det svarta hålet, vilket gör att astronomer kan studera processen genom vilken svarta hål attraherar materia. Alla dessa faktorer gör M87 till 'ankaret för studier av supermassiva svarta hål', sa Gebhardt.
Dessa nya resultat för M87, tillsammans med tips från andra nya studier och hans egna teleskopobservationer (publikationer under förberedelse), leder till att han misstänker att alla svarta håls massor för de mest massiva galaxerna är underskattade.
Den slutsatsen 'är viktig för hur svarta hål relaterar till galaxer', sa Thomas. 'Om du ändrar massan på det svarta hålet ändrar du hur det svarta hålet relaterar till galaxen.' Det finns en nära relation mellan galaxen och dess svarta hål som gjorde det möjligt för forskare att undersöka fysiken om hur galaxer växer över kosmisk tid. Att öka massan av svarta hål i de mest massiva galaxerna kommer att göra att denna relation omvärderas.
Högre massor för svarta hål i närliggande galaxer kan också lösa en paradox angående massorna av kvasarer - aktiva svarta hål i centrum av extremt avlägsna galaxer, sett vid en mycket tidigare kosmisk epok. Kvasarer lyser starkt när materialet spiralerar in och avger riklig strålning innan de korsar händelsehorisonten (den region bortom vilken ingenting - inte ens ljus - kan fly).
'Det finns ett långvarigt problem i att kvasarsvarta hålmassor var mycket stora - 10 miljarder solmassor,' sa Gebhardt. 'Men i lokala galaxer såg vi aldrig så stora svarta hål, inte nästan. Misstanken var tidigare att kvasarmassorna hade fel”, sa han. Men 'om vi ökar massan på M87 två eller tre gånger försvinner problemet nästan.'
Dagens slutsatser är modellbaserade, men Gebhardt har också gjort nya teleskopobservationer av M87 och andra galaxer med hjälp av nya kraftfulla instrument på Gemini North Telescope och European Southern Observatory's Very Large Telescope. Han sa att dessa data, som kommer att lämnas in för publicering snart, stöder de nuvarande modellbaserade slutsatserna om svarta håls massa.
För framtida teleskopobservationer av galaktiska mörka haloer, noterar Gebhardt att ett relativt nytt instrument vid University of Texas vid Austin's McDonald Observatory är perfekt. 'Om du behöver studera glorian för att få det svarta hålets massa, finns det inget bättre instrument än VIRUS-P,' sa han. Instrumentet är en spektrograf. Den separerar ljuset från astronomiska objekt i dess komponentvåglängder, vilket skapar en signatur som kan läsas för att ta reda på ett objekts avstånd, hastighet, rörelse, temperatur och mer.
VIRUS-P är bra för halostudier eftersom det kan ta spektra över ett mycket stort område av himlen, vilket gör att astronomer kan nå de mycket låga ljusnivåerna på stora avstånd från galaxens centrum där den mörka halon är dominerande. Det är en prototyp, byggd för att testa teknik som går in i den större VIRUS-spektrografen för det kommande Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX).
Källor: AAS, McDonald Observatory