Het mysterie rond de verblijfplaats van een superzwaar zwart gat is verdiept.

Ondanks zoeken met NASA's Chandra X-ray Observatory en Hubble Space Telescope, astronomen hebben geen bewijs dat er ergens een ver zwart gat te vinden is dat naar schatting tussen de 3 miljard en 100 miljard keer de massa van de zon weegt.

Dit ontbrekende zwarte gat zou zich in het enorme melkwegstelsel in het centrum van de melkwegcluster Abell 2261 moeten bevinden, die zich op ongeveer 2,7 miljard lichtjaar van de aarde bevindt. Deze samengestelde afbeelding van Abell 2261 bevat optische gegevens van Hubble en de Subaru-telescoop die sterrenstelsels in de cluster en op de achtergrond laten zien, en Chandra-röntgengegevens die heet gas (roze gekleurd) laten zien dat het cluster doordringt. Het midden van de afbeelding toont het grote elliptische sterrenstelsel in het midden van de cluster.

Bijna elk groot sterrenstelsel in het heelal bevat een superzwaar zwart gat in hun centrum, met een massa die miljoenen of miljarden keren groter is dan die van de zon. Omdat de massa van een centraal zwart gat meestal overeenkomt met de massa van de melkweg zelf, astronomen verwachten dat het sterrenstelsel in het centrum van Abell 2261 een superzwaar zwart gat bevat dat wedijvert met het gewicht van enkele van de grootste bekende zwarte gaten in het heelal.

Met behulp van Chandra-gegevens verkregen in 1999 en 2004 hadden astronomen al in het centrum van Abell 2261's grote centrale melkwegstelsel gezocht naar tekenen van een superzwaar zwart gat. Ze zochten naar materiaal dat oververhit was toen het naar het zwarte gat viel en röntgenstralen produceerde, maar vond zo'n bron niet.

Nutsvoorzieningen, met nieuwe, langere Chandra-waarnemingen verkregen in 2018, een team onder leiding van Kayhan Gultekin van de Universiteit van Michigan in Ann Arbor voerde een diepere zoektocht uit naar het zwarte gat in het centrum van de melkweg. Ze overwogen ook een alternatieve verklaring, waarin het zwarte gat werd uitgeworpen uit het centrum van het gaststelsel. Deze gewelddadige gebeurtenis kan het gevolg zijn geweest van het samensmelten van twee sterrenstelsels om het waargenomen sterrenstelsel te vormen, vergezeld van het centrale zwarte gat in elk sterrenstelsel dat samensmelt tot één enorm zwart gat.

Als zwarte gaten samensmelten, ze produceren rimpelingen in de ruimtetijd die zwaartekrachtgolven worden genoemd. Als de enorme hoeveelheid zwaartekrachtsgolven die door zo'n gebeurtenis worden gegenereerd in de ene richting sterker zou zijn dan in de andere, de theorie voorspelt dat de nieuwe, een nog massiever zwart gat zou in de tegenovergestelde richting van het centrum van de melkweg zijn weggeslingerd. Dit wordt een terugdeinend zwart gat genoemd.

Astronomen hebben geen definitief bewijs gevonden voor terugdeinzende zwarte gaten en het is niet bekend of superzware zwarte gaten zelfs dicht genoeg bij elkaar komen om zwaartekrachtgolven te produceren en samen te smelten; tot dusver, astronomen hebben alleen de samensmeltingen van veel kleinere zwarte gaten geverifieerd. De detectie van terugdeinzende superzware zwarte gaten zou wetenschappers ertoe aanzetten om observatoria te gebruiken en te ontwikkelen om te zoeken naar zwaartekrachtsgolven van samensmeltende superzware zwarte gaten.

Het sterrenstelsel in het centrum van Abell 2261 is een uitstekende cluster om te zoeken naar een terugdeinzend zwart gat, omdat er twee indirecte tekenen zijn dat er een fusie tussen twee massieve zwarte gaten zou kunnen hebben plaatsgevonden. Eerst, gegevens van de optische waarnemingen van Hubble en Subaru onthullen een galactische kern - het centrale gebied waar het aantal sterren in de melkweg in een bepaald stukje van de melkweg op of dichtbij de maximale waarde is - die veel groter is dan verwacht voor een melkwegstelsel van zijn grootte. Het tweede teken is dat de dichtste concentratie van sterren in de melkweg meer dan 2 is, 000 lichtjaar verwijderd van het centrum van de melkweg, wat opvallend ver weg is.

Deze kenmerken werden voor het eerst geïdentificeerd door Marc Postman van het Space Telescope Science Institute (STScI) en medewerkers in hun eerdere Hubble- en Subaru-afbeeldingen, en bracht hen ertoe het idee te suggereren van een samengesmolten zwart gat in Abell 2261. Tijdens een samensmelting, het superzware zwarte gat in elk melkwegstelsel zakt naar het centrum van het nieuw samengevoegde melkwegstelsel. Als ze door de zwaartekracht aan elkaar worden gebonden en hun baan begint te krimpen, de zwarte gaten zullen naar verwachting interageren met omringende sterren en ze uit het centrum van de melkweg werpen. Dit zou de grote kern van de Abell 2261 verklaren. De excentrische concentratie van sterren kan ook zijn veroorzaakt door een gewelddadige gebeurtenis zoals de samensmelting van twee superzware zwarte gaten en de daaropvolgende terugslag van enkele, groter zwart gat dat het gevolg is.

Ook al zijn er aanwijzingen dat er een fusie van een zwart gat heeft plaatsgevonden, noch Chandra noch Hubble-gegevens toonden bewijs voor het zwarte gat zelf. Gultekin en de meeste van zijn co-auteurs, onder leiding van Sarah Burke-Spolaor van de West Virginia University, had eerder Hubble gebruikt om te zoeken naar een groep sterren die mogelijk door een terugdeinzend zwart gat zou zijn weggevoerd. Ze bestudeerden drie bosjes nabij het centrum van de melkweg, en onderzocht of de bewegingen van sterren in deze klonten hoog genoeg zijn om te suggereren dat ze een zwart gat van tien miljard zonsmassa bevatten. Er werd geen duidelijk bewijs voor een zwart gat gevonden in twee van de klompen en de sterren in de andere waren te zwak om bruikbare conclusies te trekken.

Ze bestudeerden eerder ook waarnemingen van Abell 2261 met de Karl G. Jansky Very Large Array van de NSF. Radio-emissie gedetecteerd nabij het centrum van de melkweg toonde bewijs dat daar 50 miljoen jaar geleden superzware zwarte gaten-activiteit had plaatsgevonden. maar geeft niet aan dat het centrum van de melkweg momenteel zo'n zwart gat bevat.

Vervolgens wendden ze zich tot Chandra om te zoeken naar materiaal dat oververhit was en röntgenstralen produceerde toen het naar het zwarte gat viel. Hoewel de Chandra-gegevens onthulden dat het dichtste hete gas zich niet in het centrum van de melkweg bevond, ze onthulden geen mogelijke röntgensignaturen van een groeiend superzwaar zwart gat - er werd geen röntgenbron gevonden in het midden van de cluster, of in een van de klompen sterren, of op de plaats van de radio-uitzending.

De auteurs concludeerden dat er ofwel geen zwart gat is op een van deze locaties, of dat het materiaal te langzaam naar binnen trekt om een ​​detecteerbaar röntgensignaal te produceren.

Het mysterie van de locatie van dit gigantische zwarte gat gaat dus verder. Hoewel de zoektocht niet succesvol was, Er blijft hoop voor astronomen die op zoek zijn naar dit superzware zwarte gat in de toekomst. Eenmaal gelanceerd, de James Webb-ruimtetelescoop kan mogelijk de aanwezigheid van een superzwaar zwart gat in het centrum van de melkweg of een van de groepen sterren onthullen. Als Webb het zwarte gat niet kan vinden, dan is de beste verklaring dat het zwarte gat ver uit het centrum van de melkweg is teruggedeinsd.

Een paper waarin deze resultaten worden beschreven, is geaccepteerd voor publicatie in een tijdschrift van de American Astronomical Society, en is ook online beschikbaar op arxiv.org/abs/2010.13980.