Als astronomen willen weten hoe superzware zwarte gaten ontstaan, ze moeten klein beginnen - heel klein, astronomisch gesproken.

In feite, een team, waaronder de astronoom Elena Gallo van de Universiteit van Michigan, heeft ontdekt dat een zwart gat in het centrum van een nabijgelegen dwergstelsel, genaamd NGC 4395, is ongeveer 40 keer kleiner dan eerder werd gedacht. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuurastronomie .

Momenteel, astronomen geloven dat superzware zwarte gaten zich in het centrum van elk sterrenstelsel bevinden zo massief als of groter dan de Melkweg. Maar ze zijn ook nieuwsgierig naar zwarte gaten in kleinere sterrenstelsels zoals NGC 4395. Het kennen van de massa van het zwarte gat in het centrum van NGC 4395 - en het nauwkeurig kunnen meten ervan - kan astronomen helpen deze technieken toe te passen op andere zwarte gaten.

"De vraag blijft open voor kleine of dwergstelsels:hebben deze sterrenstelsels zwarte gaten, en als ze dat doen, schalen ze op dezelfde manier als superzware zwarte gaten?' zei Gallo. 'Het beantwoorden van deze vragen zou ons kunnen helpen het mechanisme te begrijpen waarmee deze monsterlijke zwarte gaten werden geassembleerd toen het universum nog in de kinderschoenen stond.'

Om de massa van het zwarte gat van NGC te bepalen, Gallo en haar collega-onderzoekers maakten gebruik van nagalmkartering. Deze techniek meet massa door straling te monitoren die wordt weggegooid door een zogenaamde accretieschijf rond het zwarte gat. Een accretieschijf is een massa materie die wordt verzameld door de zwaartekracht van zwarte gaten.

Terwijl straling vanaf deze accretieschijf naar buiten gaat, het gaat door een andere wolk van materiaal, verder weg van het zwarte gat, die meer diffuus is dan de accretieschijf. Dit gebied wordt het brede lijngebied genoemd.

Wanneer de straling gas raakt in het brede lijngebied, het zorgt ervoor dat atomen erin een overgang ondergaan. Dit betekent dat de straling een elektron uit de schil van een waterstofatoom stoot, bijvoorbeeld, waardoor het atoom een ​​meer energetisch niveau van het atoom inneemt. Nadat de straling voorbij is, het atoom zakt terug naar zijn vorige toestand. Astronomen kunnen deze overgang in beeld brengen, die eruitziet als een flits van helderheid.

Door te meten hoe lang het duurt voordat de straling van de accretieschijf het brede lijngebied bereikt en deze flitsen veroorzaakt, de astronomen kunnen inschatten hoe ver het brede-lijngebied van het zwarte gat verwijderd is. Met behulp van deze informatie, ze kunnen dan de massa van het zwarte gat berekenen.

"De afstand wordt verondersteld af te hangen van de massa van het zwarte gat, " zei Gallo. "Hoe groter het zwarte gat, hoe groter de afstand en hoe langer je verwacht dat het licht van de accretieschijf het brede lijngebied raakt."

Met behulp van gegevens van het MDM Observatorium, de astronomen berekenden dat het ongeveer 83 minuten duurde, geef of neem 14 minuten, voor straling om het brede lijngebied van de accretieschijf te bereiken. Om de massa van het zwarte gat te berekenen, ze moesten ook de intrinsieke snelheid van het brede lijngebied meten, dat is de snelheid waarmee de regiowolk beweegt onder invloed van de zwaartekracht van het zwarte gat. Om dit te doen, ze namen een spectrum van hoge kwaliteit met de GMOS-spectrometer op de GEMINI North-telescoop.

Door dit nummer te kennen, de snelheid van het brede lijngebied, de snelheid van het licht en wat de zwaartekrachtconstante wordt genoemd, of een maat voor zwaartekracht, de astronomen konden vaststellen dat de massa van het zwarte gat ongeveer 10 was, 000 keer de massa van onze zon - ongeveer 40 keer lichter dan eerder werd gedacht. Dit is ook het kleinste zwarte gat dat is gevonden via nagalmkartering.

"Dit regime van dwergstelsels is grotendeels onontgonnen als het gaat om de eigenschappen van hun nucleaire zwarte gaten, Gallo zei. "We weten niet eens of elk sterrenstelsel een zwart gat heeft. Dit voegt een nieuw lid toe aan de familie van zwarte gaten waarover we informatie hebben."

Deze informatie zou astronomen ook kunnen helpen begrijpen hoeveel grotere zwarte gaten de sterrenstelsels vormen die ze bezetten. Een veld genaamd Black Hole Feedback onderzoekt hoe zwarte gaten de eigenschappen van hun gastheerstelsels beïnvloeden op veel grotere schalen dan hun zwaartekracht zou moeten bereiken.

"Er is geen reden waarom sterren die leven in een orde van grootte groter dan het gebied waar de zwaartekracht van het zwarte gat domineert, zelfs maar zouden weten dat er een zwart gat in hun melkwegstelsel is. maar op de een of andere manier doen ze dat wel Gallo zei. "Zwarte gaten vormen op de een of andere manier de melkweg waarin ze leven op zeer grote schaal, en omdat we niet veel weten over kleinere sterrenstelsels met hun kleinere zwarte gaten, we weten niet of dat helemaal waar is. Met deze meting we kunnen meer informatie aan deze relatie toevoegen."

Dit resultaat kwam voort uit een samenwerking tussen U-M Astronomy en het Department of Physics and Astronomy van de Seoul National University. Waarnemingen werden gedaan bij het GEMINI North-observatorium in Hawaï en het MDM-observatorium in Arizona. GEMINI wordt beheerd door een partnerschap tussen de Verenigde Staten, Canada, Chili, Brazilië, Argentinië en Korea.