In de ruimte, zwarte gaten verschijnen in verschillende maten en massa's. Het record is nu in handen van een exemplaar in de Abell 85-cluster van sterrenstelsels, waar een ultrazwaar zwart gat met 40 miljard keer de massa van onze zon zich in het midden van het centrale sterrenstelsel Holm 15A bevindt. Dit ontdekten astronomen van het Max Planck Instituut voor Buitenaardse Fysica en het Universitair Observatorium van München door fotometrische gegevens van het Wendelstein-observatorium en nieuwe spectrale waarnemingen met de Very Large Telescope te evalueren.

Ook al heeft het centrale sterrenstelsel van de cluster Abell 85 de enorme zichtbare massa van ongeveer 2 biljoen (10 ¹² ) zonnemassa's in sterren, het centrum van de melkweg is extreem diffuus en zwak. Daarom raakte een gezamenlijke groep astronomen van het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) en de University Observatory Munich (USM) geïnteresseerd in de melkweg. Dit centrale diffuse gebied in de melkweg is bijna net zo groot als de Grote Magelhaense Wolk, en dit was een verdachte aanwijzing voor de aanwezigheid van een zwart gat met een zeer hoge massa.

De Abell 85 cluster van sterrenstelsels, die bestaat uit meer dan 500 afzonderlijke sterrenstelsels, bevindt zich op een afstand van 700 miljoen lichtjaar van de aarde, tweemaal de afstand voor eerdere directe massametingen van zwarte gaten. "Er zijn slechts enkele tientallen directe massametingen van superzware zwarte gaten, en nooit eerder is het op zo'n afstand geprobeerd, " legt MPE-wetenschapper Jens Thomas uit, die de studie leidde. "Maar we hadden al enig idee van de grootte van het zwarte gat in dit specifieke sterrenstelsel, dus we hebben het geprobeerd."

Dankzij de nieuwe gegevens die zijn verkregen bij het USM Wendelstein-observatorium van de Ludwig-Maximilians-universiteit en met het MUSE-instrument bij de VLT, kon het team een ​​massaschatting uitvoeren die rechtstreeks was gebaseerd op de stellaire bewegingen rond de kern van de melkweg. Met een massa van 40 miljard zonsmassa's, dit is het meest massieve zwarte gat dat we vandaag kennen in het lokale universum. "Dit is meerdere malen groter dan verwacht op basis van indirecte metingen, zoals de stellaire massa of de snelheidsverspreiding van de melkweg, " zegt Roberto Saglia, senior wetenschapper MPE en docent aan de LMU.

Het lichtprofiel van de melkweg toont een centrum met een extreem lage en zeer diffuse oppervlaktehelderheid, veel zwakker dan in andere elliptische sterrenstelsels. "Het lichtprofiel in de binnenkern is ook erg vlak, " legt USM-promovendus Kianusch Mehrgan uit, wie de data-analyse heeft uitgevoerd. "Dit betekent dat de meeste sterren in het centrum moeten zijn verdreven vanwege interacties bij eerdere fusies."

In de algemeen aanvaarde opvatting, de kernen in zulke massieve elliptische sterrenstelsels vormen via zogenaamde "kern schuren":in een fusie tussen twee sterrenstelsels de zwaartekracht interacties tussen hun samensmelting, centrale zwarte gaten leiden tot gravitatiekatapulten die sterren in overwegend radiale banen uit het centrum van het resterende melkwegstelsel werpen. Als er geen gas meer in het centrum is om nieuwe sterren te vormen - zoals in jongere sterrenstelsels - leidt dit tot een lege kern.

"De nieuwste generatie computersimulaties van het samensmelten van sterrenstelsels gaf ons voorspellingen die inderdaad vrij goed overeenkomen met de waargenomen eigenschappen, " zegt Jens Thomas, die ook de dynamische modellen leverde. "Deze simulaties omvatten interacties tussen sterren en een dubbelster van een zwart gat, maar het cruciale ingrediënt zijn twee elliptische sterrenstelsels die al lege kernen hebben. Dit betekent dat de vorm van het lichtprofiel en de banen van de sterren waardevolle archeologische informatie bevatten over de specifieke omstandigheden van kernvorming in dit sterrenstelsel, evenals over andere zeer massieve sterrenstelsels."

Echter, zelfs met deze ongewone samensmeltingsgeschiedenis, de wetenschappers konden een nieuwe en robuuste relatie vaststellen tussen de massa van het zwarte gat en de helderheid van het oppervlak van de melkweg:bij elke samensmelting wint het zwarte gat aan massa en verliest het centrum van de melkweg sterren. Astronomen zouden deze relatie kunnen gebruiken voor schattingen van de massa van zwarte gaten in verder weg gelegen sterrenstelsels, waar directe metingen van de stellaire bewegingen dicht genoeg bij het zwarte gat niet mogelijk zijn.