Przez lata astronom Karl Gebhardt i doktorant Jeremy Murphy z University of Texas w Austin polowali na czarne dziury - gęstą koncentrację materii w centrum galaktyk. Znaleźli czarną dziurę o masie 6,7 miliarda razy większej od masy Słońca w centrum galaktyki M87.
Ale teraz pobili swój własny rekord. Łącząc nowe dane z wielu obserwacji, odkryli nie jedną, ale dwie supermasywne czarne dziury, z których każda waży aż 10 miliardów słońc.
„Po prostu stają się coraz większe” - powiedział Gebhardt.
Czarne dziury wykonane są z bardzo gęsto upakowanej materii. Wytwarzają tak silne pole grawitacyjne, że nawet światło nie może uciec. Ponieważ nie można ich zobaczyć bezpośrednio, astronomowie znajdują czarne dziury, kreśląc orbity gwiazd wokół tych olbrzymich niewidzialnych mas. Kształt i rozmiar orbit tych gwiazd może określać masę czarnej dziury.
Wybuchające gwiazdy zwane supernowymi często pozostawiają po sobie czarne dziury, ale ważą one tyle samo co pojedyncza gwiazda. Czarne dziury miliardy razy masa naszego Słońca stała się tak duża. Najprawdopodobniej zwykła czarna dziura pochłonęła inną, uchwyciła ogromną liczbę gwiazd i ogromną ilość gazu, który zawierają, lub była wynikiem zderzenia dwóch galaktyk. Im większe zderzenie, tym bardziej masywna jest czarna dziura.
Supermasywne czarne dziury, które Gebhardt i Murphy odkryli, znajdują się w centrach dwóch galaktyk oddalonych o ponad 300 milionów lat świetlnych od Ziemi. Jedna ważąca 9,7 miliarda mas Słońca znajduje się w eliptycznej galaktyce NGC 3842, najjaśniejszej galaktyce w gromadzie Lwa w galaktykach 320 milionów lat świetlnych stąd w kierunku gwiazdozbioru Lwa. Drugi jest tak duży lub większy i znajduje się w eliptycznej galaktyce NGC 4889, najjaśniejszej galaktyce w gromadzie Coma, około 336 milionów lat świetlnych od Ziemi w kierunku gwiazdozbioru Coma Berenices.
Każda z tych czarnych dziur ma horyzont zdarzeń - punkt bez powrotu, w którym nic, nawet światło nie może uciec ich grawitacji - 200 razy większa niż orbita Ziemi (lub pięć razy orbita Plutona). To zadziwiające 29 929 600 000 kilometrów lub 18 597 39 391 235 mil. Poza horyzontem zdarzeń każdy ma wpływ grawitacyjny, który rozciąga się na 4000 lat świetlnych we wszystkich kierunkach.
Dla porównania, czarna dziura w centrum naszej Galaktyki Drogi Mlecznej ma horyzont zdarzeń tylko jedną piątą orbity Merkurego - około 11 600 000 kilometrów lub 7 207 905 mil. Te supermasywne czarne dziury są 2500 razy masywniejsze niż nasze własne.
Gebhardt i Murphy odkryli supermasywne czarne dziury, łącząc dane z wielu źródeł. Obserwacje z teleskopów Gemini i Keck ujawniły najmniejsze, najgłębsze części tych galaktyk, natomiast dane z spektrografu George'a i Cynthii Mitchell na 2,7-metrowym teleskopie Harlana J. Smitha ujawniły ich największe, najbardziej oddalone regiony.
Złożenie wszystkiego razem w celu ustalenia masy czarnych dziur było wyzwaniem. „Potrzebowaliśmy symulacji komputerowych, które mogą pomieścić tak ogromne zmiany skali”, powiedział Gebhardt. „Można to zrobić tylko na superkomputerze.”
Ale wypłata nie kończy się na znalezieniu masywnego centrum galaktycznego. Odkrycie ma znacznie ważniejsze implikacje. „Mówi nam coś fundamentalnego o tym, jak powstają galaktyki”, powiedział Gebhardt.
Te czarne dziury mogą być ciemnymi pozostałościami wcześniej jasnych galaktyk zwanych kwazarami. Wczesny wszechświat był pełen kwazarów, niektórzy uważali, że był zasilany przez czarne dziury o masie 10 miliardów mas Słońca lub więcej. Astronomowie zastanawiają się, gdzie zniknęły te supermasywne centra galaktyczne.
Gebhardt i Murphy mogli znaleźć kluczowy element w rozwiązaniu tajemnicy. Ich dwie supermasywne czarne dziury mogą rzucić światło na interakcje czarnych dziur i ich galaktyk od wczesnego wszechświata. Mogą być brakującym ogniwem między starożytnymi kwazarami a współczesnymi supermasywnymi czarnymi dziurami.
Źródło: Komunikat prasowy Obserwatorium McDonalda.
