Registro en el cúmulo de galaxias:Imagen del cúmulo de galaxias Abell 85 obtenida en el observatorio USM Wendelstein de la Universidad Ludwig-Maximilians. La galaxia central brillante Holm15A tiene un núcleo extendido. Un equipo de astrónomos del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre y el Observatorio Universitario de Múnich pudieron utilizar nuevos datos para medir directamente la masa del agujero negro central de esta galaxia:es 40 mil millones de veces más masivo que nuestro sol. Crédito:Matthias Kluge / USM / MPE
En el espacio, los agujeros negros aparecen en diferentes tamaños y masas. El récord lo tiene ahora un espécimen en el cúmulo de galaxias Abell 85, donde un agujero negro ultramasivo con 40 mil millones de veces la masa de nuestro sol se encuentra en el medio de la galaxia central Holm 15A. Los astrónomos del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre y el Observatorio de la Universidad de Múnich lo descubrieron al evaluar datos fotométricos del Observatorio Wendelstein, así como nuevas observaciones espectrales con el Very Large Telescope.
A pesar de que la galaxia central del cúmulo Abell 85 tiene la enorme masa visible de aproximadamente 2 billones (10 12 ) masas solares en estrellas, el centro de la galaxia es extremadamente difuso y tenue. Es por eso que un grupo conjunto de astrónomos del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) y el Observatorio Universitario de Múnich (USM) se interesaron en la galaxia. Esta región difusa central de la galaxia es casi tan grande como la Gran Nube de Magallanes, y esta fue una pista sospechosa de la presencia de un agujero negro con una masa muy alta.
El cúmulo de galaxias Abell 85, que consta de más de 500 galaxias individuales, está a una distancia de 700 millones de años luz de la Tierra, el doble de distancia para las mediciones previas directas de la masa de un agujero negro. "Solo hay unas pocas docenas de mediciones directas de masa de agujeros negros supermasivos, y nunca antes se ha intentado a tanta distancia, "explica el científico del MPE Jens Thomas, quien dirigió el estudio. "Pero ya teníamos una idea del tamaño del Agujero Negro en esta galaxia en particular, así que lo probamos ".
Los nuevos datos obtenidos en el observatorio USM Wendelstein de la Universidad Ludwig-Maximilians y con el instrumento MUSE en el VLT permitieron al equipo realizar una estimación de masa basada directamente en los movimientos estelares alrededor del núcleo de la galaxia. Con una masa de 40 mil millones de masas solares, este es el agujero negro más masivo que se conoce hoy en día en el universo local. "Esto es varias veces mayor de lo esperado a partir de mediciones indirectas, como la masa estelar o la velocidad de dispersión de la galaxia, "dice Roberto Saglia, científico senior MPE y profesor en la LMU.
Resplandor tenue:este diagrama muestra la distribución del brillo de la superficie del cúmulo central de galaxias Holm 15A. Comparado con otras galaxias, el núcleo de la galaxia tiene un brillo superficial muy bajo y se extiende sobre un diámetro de aproximadamente 15, 000 años luz. Crédito:Sociedad Max Planck
El perfil de luz de la galaxia muestra un centro con un brillo superficial extremadamente bajo y muy difuso, mucho más tenue que en otras galaxias elípticas. "El perfil de luz en el núcleo interno también es muy plano, "explica el estudiante de doctorado de USM Kianusch Mehrgan, quién realizó el análisis de datos. "Esto significa que la mayoría de las estrellas en el centro deben haber sido expulsadas debido a interacciones en fusiones anteriores".
En el punto de vista comúnmente aceptado, los núcleos de galaxias elípticas tan masivas se forman a través del llamado "barrido del núcleo":en una fusión entre dos galaxias, las interacciones gravitacionales entre su fusión, los agujeros negros centrales conducen a tirachinas gravitacionales que expulsan estrellas en órbitas predominantemente radiales desde el centro de la galaxia remanente. Si no queda gas en el centro para formar nuevas estrellas, como en las galaxias más jóvenes, esto conduce a un núcleo agotado.
"La última generación de simulaciones por computadora de fusiones de galaxias nos dio predicciones que de hecho coinciden bastante bien con las propiedades observadas, "afirma Jens Thomas, quien también proporcionó los modelos dinámicos. "Estas simulaciones incluyen interacciones entre estrellas y un binario de agujero negro, pero el ingrediente crucial son dos galaxias elípticas que ya tienen núcleos agotados. Esto significa que la forma del perfil de luz y las trayectorias de las estrellas contienen información arqueológica valiosa sobre las circunstancias específicas de la formación del núcleo en esta galaxia, así como en otras galaxias muy masivas ".
Sin embargo, incluso con esta inusual historia de fusiones, los científicos pudieron establecer una relación nueva y sólida entre la masa del agujero negro y el brillo de la superficie de la galaxia:con cada fusión, el agujero negro gana masa y el centro de la galaxia pierde estrellas. Los astrónomos podrían usar esta relación para estimaciones de masa de agujeros negros en galaxias más distantes, donde las mediciones directas de los movimientos estelares lo suficientemente cerca del agujero negro no son posibles.
