Descoperirea unei găuri negre ciudat de uriașă în galaxia spațială a Căii Lactee

Astronomii de la Universitatea din Texas de la Observatorul MacDonald din Austin au descoperit o masă neobișnuit de mare Gaură neagră în inima cuiva calea LacteeGalaxii satelit pitice, numite Leu I, de dimensiunea găurii negre a galaxiei noastre, descoperirea ne-ar putea redefini înțelegerea modului în care au evoluat toate galaxiile – blocurile de construcție ale universului. Lucrarea a fost publicată într-un număr recent al Jurnalul de astrofizică.

Echipa a decis să studieze Leul I din cauza specificului său. Spre deosebire de majoritatea galaxiilor pitice care orbitează Calea Lactee, Leul Unu nu conține multă materie întunecată. Cercetătorii au măsurat profilul materiei întunecate al lui Leu I – cum se modifică densitatea materiei întunecate de la marginile exterioare ale galaxiei la centrul acesteia. Ei au făcut acest lucru măsurându-și gravitația pe stele: cu cât stelele se mișcă mai repede, cu atât mai multă materie este pe orbitele lor. În special, echipa a vrut să vadă dacă densitatea materiei întunecate crește spre centrul galactic. De asemenea, au vrut să vadă dacă măsurarea profilului lor se potrivește cu măsurătorile anterioare făcute folosind date vechi ale telescopului combinate cu modele computerizate.

Astronomii Observatorului MacDonald au descoperit că Leul I (inserat), o mică galaxie satelit a Căii Lactee (imaginea principală), are o gaură neagră aproximativ aceeași masă ca și Calea Lactee. Primul leu este de 30 de ori mai mic decât Calea Lactee. Rezultatul ar putea indica schimbări în înțelegerea de către astronomi a evoluției galaxiilor. Credit: ESA/Gaia/DPAC; SDSS (inserat)

Condusă de Maria Jose Bustamante, recent absolventă de doctorat de la Universitatea din Austin, echipa include astronomii din Utah Eva Noyola, Karl Gebhardt și Greg Zeemann, precum și colegi de la Institutul Max Planck pentru Fizică Extraterestră (MPE) din Germania.

Pentru observațiile lor, au folosit un instrument unic numit VIRUS-W pe telescopul Harlan J. Smith de la Observatorul MacDonald de 2,7 metri.

Când echipa și-a introdus datele îmbunătățite și modelele complexe într-un supercomputer de la Centrul de calcul avansat al UT Austin, a obținut un rezultat uimitor.

„Modelele strigă că ai nevoie de o gaură neagră în centru; chiar nu ai nevoie de atâta materie întunecată”, a spus Gebhardt. „Ai o galaxie foarte mică care cade în Calea Lactee, iar gaura sa neagră este la fel de masivă ca calea Lactee. Raportul de masă este foarte mare. Calea Lactee este dominantă. Gaura neagră Leo I este aproximativ comparabilă.” Rezultatul este fără precedent.

Cercetătorii au spus că rezultatul a fost diferit de studiile anterioare ale Leului I datorită unei combinații de date mai bune și simulare pe supercomputer. Regiunea centrală densă a galaxiei a fost în mare parte neexplorată în studiile anterioare, care s-au concentrat pe vitezele stelelor individuale. Studiul actual a arătat că pentru acele câteva viteze luate în trecut, a existat o tendință spre viteze mai mici. Aceasta, la rândul său, a redus cantitatea de materie dedusă în orbitele lor.

Telescopul Harlan J. Smith de 2,7 metri (107 inchi) de la Universitatea din Texas la Observatorul Austin MacDonald. Credit: Marty Harris/Observatorul McDonald

Noile date sunt concentrate în regiunea centrală și nu sunt afectate de această părtinire. Cantitatea de materie dedusă conținută în orbitele stelelor a crescut dramatic.

Bustamante a spus că descoperirea ar putea zgudui înțelegerea de către astronomi a evoluției galactice, deoarece „nu există o explicație pentru acest tip de gaură neagră în galaxiile sferice pitice”.

Descoperirea este cu atât mai semnificativă deoarece astronomii au folosit timp de 20 de ani galaxii precum Leul I, numite „galaxii sferoide pitice”, pentru a înțelege cum este distribuită materia întunecată în galaxii, a adăugat Gebhardt. Acest nou tip de fuziune a găurilor negre oferă, de asemenea, observatoarelor cu unde gravitaționale un nou semnal de căutat.

„Dacă masa găurii negre a lui Leu I este mare, aceasta poate explica modul în care găurile negre cresc în galaxii masive”, a spus Gebhardt. Acest lucru se datorează faptului că în timp, când galaxii mai mici precum Leul I cad în galaxii mai mari, gaura neagră a galaxiei mai mici se contopește cu cele din galaxia mai mare, crescându-le masa.

Construit de o echipă de la MPE din Germania, VIRUS-W este singurul instrument din lume care poate face acest tip de studiu de profil al materiei întunecate. Noyola a remarcat că multe galaxii pitice din emisfera sudică sunt ținte bune pentru aceasta, dar niciun telescop din emisfera sudică nu este echipat pentru asta. Cu toate acestea, telescopul gigant Magellan (GMT) este acum în construcție, chile este parțial proiectat pentru acest gen de lucrări. UT Austin este partenerul fondator al GMT.

Referință: „Analiză dinamică a materiei întunecate și a masei găurii negre centrale în Leul I pitic globular” de MJ Bustamante Russell, Eva Noyola, Karl Gebhardt, Maximilian H Fabricius, Zimina Mazalai, Jens Thomas și Greg Zeman, 5 noiembrie 2021 și Jurnalul de astrofizică.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac0c79