Forskare tror att ett supermassivt svart hål lurar i mitten av praktiskt taget varje galax i universum, med en massa som är miljontals eller miljarder gånger solens och vars enorma tyngdkraft är ansvarig för att hålla ihop alla stjärnorna. Hjärtat i Abell 2261-galaxklustret, som ligger cirka 2.7 miljarder ljusår från jorden, verkar dock bryta teorin. Där indikerar astrofysikens regler att det ska finnas ett enormt monster på mellan 3,000 100,000 och XNUMX XNUMX miljoner solmassor, jämförbart med vikten av några av de största kända. Men lika mycket som forskare söker oavbrutet, finns det inget sätt att hitta det. De senaste observationerna med NASA: s Chandra röntgenobservatorium och rymdteleskopet Hubble går bara in i mysteriet.
Med hjälp av Chandra -data från 1999 och 2004 hade astronomer redan sökt i Abells centrum efter 2,261 XNUMX tecken på ett supermassivt svart hål. De jagade material som hade blivit överhettade när det föll i det svarta hålet och producerade röntgenstrålar, men de upptäckte inte en sådan källa.
Utvisas efter en sammanslagning
Nu, med nya och längre observationer av Chandra som erhölls 2018, genomförde ett team under ledning av Kayhan Gultekin från University of Michigan en djupare sökning efter det svarta hålet i mitten av galaxen. De övervägde också en alternativ förklaring, där det svarta hålet kastades ut efter sammanslagningen av två galaxer, var och ett med sitt eget hål, för att bilda den observerade galaxen.
När svarta hål smälter samman producerar de vågor i rymdtid som kallas gravitationella vågor. Om det stora antalet gravitationsvågor som genereras av en sådan händelse var starkare i en riktning än en annan, förutsäger teorin att det nya, ännu mer massiva svarta hålet skulle ha skickats med full hastighet från galaxens mitt i motsatt riktning. Detta kallas ett avtagande svart hål.
Astronomer har inte hittat några definitiva bevis för svart håls rekyl, och det är inte känt om supermassiver kommer tillräckligt nära varandra för att producera gravitationella vågor och gå samman. Hittills har de bara verifierat smältning av mycket mindre objekt. Att hitta en större avtagande skulle uppmuntra forskare att söka efter gravitationella vågor från sammanslagna supermassiva svarta hål.
Indirekta signaler
Forskare tror att detta kunde ha inträffat i mitten av Abell 2261 av två indirekta tecken. Först avslöjar data från optiska observationer från Hubble och Subaru -teleskopet en galaktisk kärna, det centrala området där antalet stjärnor i galaxen har ett maximivärde, mycket större än förväntat, för en galax av dess storlek. Det andra tecknet är att den tätaste koncentrationen av stjärnor i galaxen är mer än 2,000 ljusår från centrum, överraskande avlägsen.
Under en sammanslagning sjunker det supermassiva svarta hålet i varje galax mot centrum av den nyligen sammanslagna galaxen. Om de hålls samman av tyngdkraften och deras bana börjar krympa, förväntas svarta hål interagera med omgivande stjärnor och fördriva dem från galaxens mitt. Detta skulle förklara den stora kärnan i Abell 2261.
Koncentrationen utanför stjärnorna kan också ha orsakats av en våldsam händelse som sammanslagningen av två supermassiva svarta hål och den efterföljande rekylen av ett enda större svart hål.
Inga spår i stjärnorna
Även om det finns indikationer på att en sammansmältning av ett svart hål inträffade, visade varken Chandra eller Hubble -data bevis på själva svarta hålet. Forskarna hade tidigare använt Hubble för att söka efter en grupp stjärnor som kunde ha svepts bort av ett avtagande svart hål. De studerade tre kluster nära galaxens centrum och undersökte om stjärnornas rörelser i dessa kluster är tillräckligt höga för att föreslå att de innehåller ett 10 miljarder solmassahål. Inga tydliga bevis hittades för ett svart hål i två av grupperna och stjärnorna i den andra var för svaga för att ge användbara slutsatser.
De har också tidigare studerat observationer av Abell 2261 med NSF: s Karl G. Jansky Very Large Array. Radioutsläpp som upptäcktes nära galaxens centrum föreslog att aktiviteten i ett supermassivt svart hål hade inträffat där för 50 miljoner år sedan, men det tyder inte på att galaxens centrum för närvarande innehåller ett sådant svart hål.
De begav sig sedan till Chandra för att söka efter material som hade överhettats och producerat röntgenstrålar när det föll ner i det svarta hålet. Medan uppgifterna avslöjade att den tätaste heta gasen inte var i mitten av galaxen, visades den varken i mitten av klustret eller i någon av stjärnhopen. Författarna drog slutsatsen att antingen det inte finns något svart hål på någon av dessa platser, eller att det lockar material för långsamt för att producera en detekterbar röntgensignal.
Mysteriet om platsen för detta gigantiska svarta hål fortsätter. Även om sökningen misslyckades hoppas astronomer att James Webb rymdteleskop kan avslöja dess närvaro. Om Webb inte kan hitta det, är den bästa förklaringen att det svarta hålet har rört sig tillräckligt långt bort från galaxens mitt.
