Monstergalaxie in oproer door zwart gat

Astronomen die de NASA/ESA Hubble Space Telescope gebruikten, hebben een verrassend nieuw beeld gekregen van een gigantisch elliptisch stelsel met een grotere kern dan ooit ontdekt. Er zijn twee intrigerende verklaringen voor de opgeblazen, pluizige kern, beide gerelateerd tot de activiteit van één of meerdere zwarte gaten, maar men is er nog niet uit welke juist is.

Met een spanwijdte van meer dan 1 miljoen lichtjaren is de diameter van deze galaxie tien keer groter dan die van onze Melkweg. Hij is lid van een ongewone klasse van galaxieën met een ongewoon diffuse kern die bestaat uit fel licht omheen een zwart gat. Naar de kern zien, is zoals kijken naar een stad zonder centrum met enkel huizen verspreid over een giantisch landschap.

Een internationaal team van astronomen heeft Hubble's Advanced Camera for Surveys en Wide Field Camera 3 gebruikt om de hoeveelheid sterrenlicht van deze galaxie te meten (gecatalogeerd als 2MASX J17222717+3207571, maar beter gekend als A2261-BCG, kort voor Abell 2261 Brightest Cluster Galaxy). Met een afstand van drie miljard lichtjaar is deze galaxie de meest massieve en helderste in de Abell 2261 cluster.

De Hubble-observaties toonden dat de diffuse kern, ongeveer 10.000 lichtjaar breed, de grootste is die ooit werd ontdekt. De kern van een galaxie is doorgaans gecorreleerd met de dimensies van de hele galaxie, maar in dit geval is de centrale zone veel groter dan de astronomen hadden voorspeld voor de omvang. De opgeblazen kern is meer dan driemaal groter dan de kern van andere herldere stelsels.

Astronomen hebben twee mogelijke verklaringen voor de grote kern voorgesteld. Eén scenario is dat een koppel van samenkomende zwarte gaten met hun massa de sterren er omheen door elkaar hebben gegooid. Een tweede idee is dat de samenkomende zwarte gaten uit de kern werden geslingerd, waarna de sterren, zonder "anker", nog verder uit elkaar dreven, wat de pluizige kern kan verklaren.

Eerdere Hubble-observaties hebben bekendgemaakt dat supermassieve zwarte gaten, met massa's van miljoenen of miljarden keren die van de zon, zich in de centra van bijna alle galaxieën bevinden en een rol zouden spelen in het vormen van deze centrale gebieden.

"Een zwart gat verwachten in elke galaxie is zoals een pit verwachten in elke perzik," verklaart astronoom Tod Lauer van de National Optical Astronomy Observatory in Tucson, USA, een co-auteur van de Hubblestudie. "Met deze Hubble-observatie sneden we in de grootste perzik en we kunnen de pit niet vinden. We weten niet zeker of het zwart gat er is of niet, maar Hubble toont dat er geen sterrenconcentratir in de kern is."

Teamleider Marc Postman van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, USA, zei dat de galaxie opviel in de Hubble-foto. "Toen ik voor het eerst de foto zag, wist ik meteen dat het ongewoon was," legt Postman uit. "De kern was zeer diffuus en enorm. De uitdaging was om vervolgens wijs uit de data te geraken met wat we reeds weten van eerdere Hubble-data en zo met een mogelijke verklaring te komen voor de intrigerende natuur van deze ene galaxie."

De paper met de resultaten verscheen in de 10 septembereditie van Astrophysical Journal.

De astronomen verwachtten een lichte verzwakking in het licht van het centrum van de galaxie, wat de locatie van het zwarte gat zou moeten aanduiden. Echter, de lichtintensiteit bleef gelijkmatig over het hele stelsel.

Een mogelijkheid voor de wijde kern kan zijn door twee centrale zwarte gaten die omheen elkaar draaien. Deze zouden samen zo massief zijn als verschillende miljarden zonnen. Eén van de zwarte gaten zou tot het stelsel behoren, terwijl de tweede mogelijks zou komen van een kleiner stelsel dat door het grote werd opgeslokt. In dit scenario kwamen de sterren uit de kern van het grootste stelsel dicht in de buurt van de zwarte gaten-tweeling. Deze sterren werden daardoor uit de centrale zone geslingerd. Elke keer dit gebeurde, verloren de zwarte gaten aan momentum, waardoor ze dichter bij elkaar kwamen en uiteindelijk samenvloeiden tot een supermassief zwart gat dat zich nog steeds in de kern van de galaxie bevindt.

Een andere gerelateerde mogelijkheid is dat de samenvloeiing van de zwarte gaten zwaartekrachtgolven creëerde, die rimpelingen in de ruimte zijn. Volgens de algemene relativiteitstheorie creëren samenvloeiende zwarte gaten golven die wegdijen. Als de zwarte gaten verschillende massa's hebben, kan de wegebbende energie in de ene richting sterker zijn, met het equivalent van een raketboost tot gevolg. Het verschil in krachten zou het nieuwe zwarte gat met een snelheid van miljoenen kilometers per uur uit de kern van de galaxie getorpedeerd hebben, met als resultaat een zeldzame galaxie zonder centraal zwart gat. "Het zwarte gat is een anker voor de sterren," legt Lauer uit. "Als je dat weghaalt, heb je ineens veel minder massa. De sterren worden niet goed samengehouden en bewegen zich naar buiten, wat de kern nog groter maakt."

Het team geeft toe dat het weggetorpedeerde zwarte gat-scenario nogal vergezoch kan klinken. "Maar dat is wat het observeren van het universum zo intrigeren maakt - soms vind je het onverwachte," zegt Postman.

Lauer voegt hieraan toe: "Dit is een systeem dat zodanig interessant is dat het een aantal vragen opwekt. We hebben hard nagedacht over wat zwarte gaten doen, maar we hebben onze theorieën nog niet kunnen testen. Dit is een interessante plek waar een heleboel van onze ideeën samen kunnen komen en getest kunnen worden, exotische ideeën over hoe zwarte gaten dynamisch op elkaar inwerken en hoe ze de omliggende sterrenpopulatie beïnvloeden."

het team voert nu opvolgingsobservaties uit met de Very Large Array radiotelescoop in New Mexico. De astronomen verwachten dat materiaal dat op het zwarte gat valt, radiostraling afgeeft, samen met andere straling. Ze gaan de VLA data vergelijken met de beelden van Hubble om zo de locatie van het zwarte gat te bepalen, mocht het inderdaad bestaan.

De Abell 2261 cluster is deel van een multi-wavelength onderzoek, geleid door Postman, die the Cluster Lensing and Supernova survey with Hubble (CLASH) heet. Het onderzoek betreft de distributie van donkere materie in 25 massieve galaxieclusters.

Bron: spacetelescope.org