Drie jaar geleden, een door de Universiteit van Utah geleid team ontdekte dat een ultracompact dwergstelsel een superzwaar zwart gat bevatte, dan het kleinste bekende sterrenstelsel dat zo'n gigantisch zwart gat herbergt. De bevindingen suggereerden dat de dwergen waarschijnlijk kleine overblijfselen waren van grotere sterrenstelsels die van hun buitenste lagen waren ontdaan nadat ze tegen andere, grotere sterrenstelsels.

Nutsvoorzieningen, dezelfde groep U-astronomen en collega's hebben nog twee ultracompacte dwergstelsels met superzware zwarte gaten gevonden. Samen, de drie voorbeelden suggereren dat zwarte gaten op de loer liggen in het centrum van de meeste van deze objecten, mogelijk een verdubbeling van het aantal superzware zwarte gaten dat bekend is in het universum. De zwarte gaten vormen een hoog percentage van de totale massa van de compacte sterrenstelsels, ter ondersteuning van de theorie dat de dwergen overblijfselen zijn van massieve sterrenstelsels die door grotere sterrenstelsels uit elkaar zijn gescheurd.

"We begrijpen nog steeds niet helemaal hoe sterrenstelsels zich in de loop van de tijd vormen en evolueren. Deze objecten kunnen ons vertellen hoe sterrenstelsels samensmelten en botsen, " zegt Chris Ahn, promovendus bij de vakgroep Natuur- en Sterrenkunde, en hoofdauteur van de internationale studie die maandag werd gepubliceerd in Het astrofysische tijdschrift . "Misschien is een fractie van de centra van alle sterrenstelsels eigenlijk deze compacte sterrenstelsels die zijn ontdaan van hun buitenste delen."

Sterrenstelsels meten

De auteurs hebben twee ultracompacte dwergsterrenstelsels gemeten, genaamd VUCD3 en M59cO, die ver buiten de spiraalarmen van onze Melkweg liggen, in een baan om massieve sterrenstelsels in de Virgo-sterrenstelselcluster. Ze ontdekten een superzwaar zwart gat in beide sterrenstelsels; Het zwarte gat van VUCD3 heeft een massa gelijk aan 4,4 miljoen zonnen, die ongeveer 13 procent van de totale massa van de melkweg uitmaken, en het zwarte gat van M59cO heeft een massa van 5,8 miljoen zonnen, die ongeveer 18 procent van de totale massa uitmaken.

Ter vergelijking, het monsterlijke zwarte gat in het centrum van de Melkweg heeft een massa van 4 miljoen zonnen, maar vormt minder dan 0,01 procent van de totale massa van de melkweg.

"Het is best verbazingwekkend als je er echt over nadenkt. Deze ultracompacte dwergen zijn ongeveer 0,1 procent zo groot als de Melkweg, toch herbergen ze superzware zwarte gaten die groter zijn dan het zwarte gat in het centrum van onze eigen melkweg, ", verbaast Ahn.

Om de massa van de ultracompacte dwergsterrenstelsels te berekenen, de astronomen maten de beweging van de sterren met behulp van de Gemini North-telescoop op de Mauna Kea-vulkaan op Hawaï. De astronomen moeten corrigeren voor de vervormingen veroorzaakt door de atmosfeer van de aarde. Ze schoten een laser de lucht in om een ​​nep sterretje te maken, en bewoog een spiegel honderden keren per seconde om de vervorming ongedaan te maken. Vervolgens pasten ze de techniek toe op de ultracompacte dwergsterrenstelsels, die zo klein zijn dat de correcties nodig zijn om de bewegingen in het object te meten. De techniek, bekend als adaptieve optica, brengt het eens zo wazige sterrenstelsel in beeld.

Ze analyseerden ook beelden van de Hubble-ruimtetelescoop om de verdeling van de sterren in elk sterrenstelsel te meten, en creëerden een computersimulatie die het beste bij hun waarnemingen paste.

Ze ontdekten dat de beweging van de sterren in het centrum van de sterrenstelsels veel sneller bewoog dan die aan de buitenkant, een klassieke handtekening van een zwart gat. VUCD3 en M59cO zijn de tweede en derde ultracompacte dwergsterrenstelsels die een superzwaar zwart gat bevatten. wat suggereert dat al dergelijke dwergen vergelijkbare massieve lichtzuigende objecten kunnen herbergen.

Ultracompacte mysteries van dwergsterrenstelsels

Astronomen ontdekten eind jaren negentig ultracompacte dwergsterrenstelsels. De objecten bestaan ​​uit honderden miljoenen dicht opeengepakte sterren met een doorsnede van gemiddeld 100 lichtjaar. Wetenschappers namen metingen om te zien wat er in de sterrenstelsels gebeurde, en er klopte iets niet; de ultracompacte dwergstelsels hadden meer massa dan hun sterren alleen konden verklaren. Senior auteur Anil Seth, universitair docent bij de afdeling Natuur- en Sterrenkunde aan de U, leidde de studie van 2014 die het eerste ultracompacte dwergstelsel met een superzwaar zwart gat vond. De twee U-geleide studies bewijzen sterk dat superzware zwarte gaten in het centrum van de sterrenstelsels verantwoordelijk zijn voor de extra massa.

Een alternatieve theorie van de dwergen is dat het gewoon heel massieve sterrenhopen zijn - groepen van honderdduizend sterren die tegelijkertijd geboren zijn. De grootste sterrenhoop in de Melkweg is drie miljoen sterren, en ultracompacte dwergstelsels zijn 10 tot 100 keer groter dan dat. "De vraag was 'Komt dat omdat ze met hetzelfde proces grotere sterrenhopen vormen? Of zijn ze op de een of andere manier anders?' Dit werk laat zien dat ze verschillend zijn, ’ vervolgt Seth.

"Achteraf is het duidelijk, omdat het centrum van een gewoon sterrenstelsel er bijna precies zo uitziet als deze objecten, maar dat was niet wat de meeste mensen dachten dat ze waren. Ik was er niet van overtuigd dat we een zwart gat zouden vinden toen ik de waarnemingen deed, " zegt Seth. "Dit is een cool voorbeeld van wetenschappelijke ontdekking en hoe snel je ons begrip van het universum kunt heroriënteren."

Zwarte gaten en de vorming van sterrenstelsels

Zwarte gaten zijn gebieden met zo'n sterke zwaartekracht dat zelfs licht niet kan ontsnappen. Ze vormen wanneer sterren instorten, een zwart gat achterlatend met een dichte massa die zwaartekracht uitoefent op de objecten eromheen. Superzware zwarte gaten hebben een massa van meer dan 1 miljoen zonnen, en worden verondersteld in het centrum van alle grote sterrenstelsels te zijn.

Een verklaring voor het superzware zwarte gat in de ultracompacte dwergstelsels is dat de sterrenstelsels ooit uit miljarden sterren bestonden. De auteurs geloven dat de dwergen werden "opgeslokt" en uit elkaar werden gescheurd door de zwaartekracht van veel grotere sterrenstelsels. Het ultracompacte dwergzwarte gat is het overblijfsel van zijn voorheen enorme omvang. De bevindingen veranderen de manier waarop astronomen samen kunnen stellen hoe sterrenstelsels zich in de loop van de tijd vormen en evolueren.

"We weten dat sterrenstelsels voortdurend samensmelten en combineren - zo evolueren sterrenstelsels. Onze Melkweg eet op dit moment sterrenstelsels op, " zegt Seth. "Ons algemene beeld van hoe sterrenstelsels ontstaan, is dat kleine sterrenstelsels samensmelten tot grote sterrenstelsels. Maar daar hebben we een heel onvolledig beeld van. De ultracompacte dwergsterrenstelsels geven ons een langere tijdlijn om te kunnen kijken naar wat er in het verleden is gebeurd."