천문학

Abell 2261의 은하계는 중앙에 블랙홀없이 어떻게 존재합니까?

Abell 2261의 은하계는 중앙에 블랙홀없이 어떻게 존재합니까?



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여기 소식통에 따르면 천문학 자들은 Abell 2261, A2261-BCG 성단에서 가장 밝은 은하의 블랙홀을 찾았지만 아무것도 발견하지 못했습니다.

그러나 NASA의 찬드라 X 선 천문대와 허블 우주 망원경의 X 선 관측은 아무것도 찾지 못했다.

이 은하계가 중앙에 블랙홀이없는 것이 어떻게 가능합니까?


물리학은 은하의 중심에 블랙홀이 필요하지 않으며, 그럴 가능성이 있음을 나타냅니다.

필요한 것은 질량뿐입니다. 질량이 블랙홀을 형성 할만큼 밀도가 높지 않다면 은하가 성장할만큼 충분히 높을 수 있습니다.

(또한 아무것도 찾는 것이 아무것도없는 것과 같지 않습니다. 그래서 아무도 거기에 블랙홀의 존재를 배제하지 않습니다)


Abell 2261 ( "Abell 2261-BCG")의 BCG (Brightest Cluster Galaxy)는 거대한 타원입니다. 이것들은 거의 항상 그들의 중심에 초 거대 블랙홀을 가지고있는 것처럼 보입니다. 또한, 은하의 중심은 상대적으로 낮은 항성 밀도 ( "핵")의 넓은 영역을 가지고 있으며, 일반적으로 두 개의 SMBH가 하나로 합쳐져 생성되는 것으로 생각되는 것으로, 두 개의 거대한 은하가 합쳐져 하나의 거대한 타원형을 형성합니다. (합병의 일환으로 두 SMBH는 이원성을 형성합니다. 병합 된 은하의 중심 근처에있는 별은이 이원성과 중력 적으로 상호 작용할 수 있으며, 일반적인 결과는 이원성이 축소되고 별이 더 큰 반경으로 방출됩니다. 따라서 별은 중심에서 은하의 중간 또는 외부로 우선적으로 쫓겨나 중앙에있는 별의 밀도가 낮아집니다. 결국 SMBH 바이너리가 너무 작아 져 중력 복사로 인해 훨씬 ​​더 축소됩니다. 두 개의 SMBH가 합쳐져 ​​은하의 중심에서 하나가된다는 것을 알 수 있습니다.)

이 기사 뒤에있는 실제 논문 (Gültekin et al.)은 BCG 중앙 (및 중앙 근처의 다른 일부 위치)에서 가능한 SMBH 주변의 부착 디스크에서 X 선 방출을 찾는 것에 관한 것입니다. 그들은 X- 레이를 감지하지 못하기 때문에 " $ 10 ^ {10} M _ { odot} $ A2261-BCG의 핵심에 블랙홀이 있거나 낮은 수준에서 증가하고 있습니다. "따라서 실제로 두 가지 가능성이 있습니다.

  1. 그곳에 이다 은하 중심에 SMBH가 있지만 정지 상태입니다 (많은 X- 선을 생성하기에 충분한 가스를 축적하지 않음).

  2. 그곳에 그렇지 않다 은하 중심에있는 SMBH는 예상치 못한 일이기 때문에 더 흥미 진진합니다.

자, 실제로 이다 때때로 발생할 수있는 이론적 메커니즘 꺼내다 은하 중심에서 SMBH. 두 개의 SMBH가 합쳐져 ​​하나의 SMBH를 형성 할 때 (위 참조) 병합 된 SMBH가 은하 중심에서 방출되도록하는 "킥"이있을 수 있습니다 (이 킥의 크기는 두 SMBH 사이의 질량 비율과 같은 것에 따라 달라집니다. 통합되기 전에 개별 SMBH가 회전하는 속도와 방향 w 그 스핀 중 합병 전 바이너리의 궤도와 관련이있었습니다). 대부분의 경우, 방출 된 SMBH는 은하의 중심으로 다시 떨어질 것입니다. 동적 마찰이 움직임을 늦추고 은하의 중심에 다시 자리 잡기 전에 몇 번 진동 할 수 있습니다. 극단적 인 경우에는 은하계를 완전히 빠져 나갈 수있을 정도로 빠르게 분출 될 수 있습니다. 이 전체 과정은 은하 중심에서 수많은 별을 방출 할 것이며, 이는 저밀도 핵이 왜 그렇게 큰지를 설명하는 데 도움이 될 것입니다 (즉, SMBH- 이진-합병 과정의 조합) 결과 SMBH 배출).

그래서 이런 일이 Abell 2261-BCG에서 일어 났을 가능성이 있습니다. 그리고 SMBH는 현재 은하 중심 바깥 어딘가에 있습니다. (또는 중앙에 앉아 있고 X 선에 나타나지 않습니다.) 물론 그들은 X 선을 방출하는 SMBH에 대한 증거를 찾지 못했습니다. 외부 은하 핵도 마찬가지입니다. 그래서 우리는 정말로 모릅니다. 그리고 결국 중앙에 (정지 상태) SMBH가 있다고해도 놀라지 않을 것입니다.

(Rory Alsop은 모든 은하에 SMBH가있는 것은 아니라는 것이 맞습니다. 예를 들어, 국소 작은 나선 은하 Messier 33은 허블 우주 망원경 (Gebhardt et al. 2001, 중심의 항성 속도 모델링은 약 1500의 상한을 제안합니다. $ M _ { odot} $ 가능한 블랙홀을 위해. 그러나 충분히주의 깊게 연구 된 모든 거대한 타원에는 하나가있는 것처럼 보이므로 Abell 2261-BCG도 하나를 가질 것으로 예상합니다.)


블랙홀



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추가 정보
비디오 편집 : NASA / GSFC / SVS / M.Subbarao & amp NASA / CXC / SAO / A.Jubett

2019 년 4 월 과학자들은 EHT (Event Horizon Telescope)를 사용하여 은하 M87에있는 블랙홀의 첫 번째 이미지를 공개했습니다. 이 초대형 블랙홀의 무게는 태양 질량의 65 억 배에 달하며 지구에서 약 5,500 만 광년 떨어진 M87의 중심에 있습니다.

초 거대 질량 블랙홀은 최신 보도 자료에 설명 된 것처럼 거의 빛의 속도로 이동하는 입자 제트에 동력을 공급합니다. 이 제트는 전파에서 가시 광선, 감마선에 이르기까지 전체 전자기 스펙트럼에 걸쳐 빛을 생성합니다.

블랙홀의 특성에 대한 중요한 통찰력을 얻고 EHT 이미지를 해석하는 데 도움을주기 위해 과학자들은 지상과 우주에서 세계에서 가장 강력한 19 개의 망원경으로 관측을 조정하여 스펙트럼 전체에서 빛을 수집했습니다. 이것은 제트기로 초대형 블랙홀에서 수행 된 가장 큰 동시 관측 캠페인입니다.

이 관측 캠페인에 참여한 NASA 망원경에는 찬드라 X 선 천문대, 허블 우주 망원경, 닐 게 렐스 스위프트 천문대, 핵 분광 망원경 배열 (NuSTAR) 및 페르미 감마선 우주 망원경이 포함되었습니다.


우주에서 가장 큰 은하 중 하나에서 100 억 개의 태양 질량 블랙홀이 사라졌습니다.

지난 몇 년 동안 많은 과학자들이 "Abell 2261"은하군의 블랙홀이 사라지는 것을 감시하려고 노력했으며 여러 가지 가정을했습니다.

지난 수십 년 동안 천문학 자들 사이에서 널리 퍼진 아이디어는 그 중심에있는 모든 은하가 수백만 또는 수십억 개의 태양을 삼키는 거대한 블랙홀이며, 은하가 클수록 블랙홀의 질량이 커진다는 것입니다.

블랙홀이없는 은하

10 년 전 우주 망원경 과학 연구소의 Marc Postman이 중앙에 블랙홀이없는 거대한 은하를 발견했을 때 놀라운 일이 벌어졌습니다.

일반적으로 각 은하의 핵에는 구멍의 중력으로 인해 수집 된 반짝 반짝 빛나는 별에 의해 방출되는 추가 빛 질량이 중앙에 있지만 Postman이 발견 한 은하에는 일반적인 빛 질량과 핵이 없습니다. 약 2 만 광년 떨어진 지름을 가진 별들의 구름 인은 은하의 한가운데에 있지 않았습니다.

2012 년 애리조나 주 투손에있는 국립 광학 적외선 천문학 연구소의 Todd Lauer는 "이것은 전혀 드문 일이 아닙니다."라고 말했습니다. 나중에 Postman, Lauer 및 다른 과학자 그룹은 사라진 블랙홀을 찾기 위해 은하에서 방출되는 X-ray와 전파를 모니터링하기 위해 노력했습니다.

이 은하는 "Abell 2261"로 알려진 은하군에서 가장 밝으며, 천구 북반구의 별자리 헤라클레스 안에있는 지구에서 약 27 억 광년 떨어져 있습니다.

과학자들은 잃어버린 블랙홀의 질량이 태양 질량 100 억 개 이상에 해당한다고 가정합니다. 이는 질량이 약 4 인 은하 중심의 블랙홀과 비교하면 거인의 크기입니다. 백만 태양 질량.

이 거대한 구멍은 어디에서 사라질 수 있습니까?

가능성 중 하나는이 구멍이 존재하지만 삼킬 수있는 것이 일시적으로 부족한 후 정적이라는 것입니다. 그러나 Lauer와 그의 동료들은 블랙홀이 은하계에서 멀어 졌다는 또 다른 가정을했습니다.

블랙홀에 대한 더 나은 이해

후자의 가능성의 타당성을 입증하면 은하와 우주의 진화에서 가장 폭력적이고 역동적 인 과정에 대한 더 깊은 통찰력을 제공하여 별과 행성을 우주로 던질 수있는 거대한 힘과 구멍에 대한 더 많은 비밀을 드러 낼 것입니다.

Lauer 박사는 스스로를``Nuker Group ''이라고 부르는 과학 팀에 속해 있으며, 지난 40 년 동안이 그룹은 허블 망원경과 기타 첨단 장비를 사용하여 먼 은하의 핵을 모니터링하려고 노력했습니다.

"(Abbl 2261)에서 일어난 일은 대략 우주에서 가장 거대한 타원 은하가 진화의 종점에서 일어나는 일입니다."라고 Lauer는 말합니다.

1960 년대에 은하 중심에서 퀘이사가 발견되면서 천문학 자들은 초 거대 질량 블랙홀이 별을 삼키고 은하 핵에서 빛을 생성하는 역할을한다고 믿게되었습니다.

세기 말에 천문학 자들은 모든 은하가 태양의 질량보다 수백만 배 또는 수십억 배 더 큰 초 거대 블랙홀을 포함하고 있다는 결론에 도달했지만 블랙홀이 어떻게 진화했는지에 대한 명확한 설명은 없었습니다. 블랙홀에서, 또는 우주의 초기에 다른 과정에서 형성되었습니다.

1980 년에 3 명의 천문학자인 Mitchell Begelman, Martin Rees, Roger Blandford가이 블랙홀이 은하의 진화에 어떤 영향을 미쳤는 지에 대해 썼습니다. 그들의 관점에서 보면 우주의 초기 단계에서 흔히 볼 수있는 두 은하가 충돌하고 합쳐지면 중앙 블랙홀이 수렴하여 두 개의 블랙홀이 서로 회전하는 이원계를 형성합니다.

Begelman과 그의 동료들은이 두 개의 거대한 블랙홀이 그들을 둘러싼 별자리와 상호 작용하고 때때로이 별들 중 하나가 듀오에 접근하지만 중력의 힘이 그것을 중심 밖으로 밀어 내고, 시간이 지남에 따라 더 많은 별들이 밀어 낸다는 것을 발견했습니다. 중심에서 떨어져. 점차적으로 별빛이 퍼져 더 넓은 코어를 형성하고 중앙에서 약간의 비틀림이 발생합니다.

블랙홀의 위치에 대한 가정

"Abell 2261"은하를 관찰 할 때 Lauer와 Postman은 다른 은하에서 관찰 된 것처럼 중심에서 밀도를 찾을 것이라고 생각했습니다. 대신 초 거대 블랙홀과 그에 수반되는 별들이 완전히 사라진 것처럼 빛의 질량이 감소했습니다.

이 발견은 Begelman과 그의 동료들이 가정 한 시나리오에 대해 많은 의문을 불러 일으켰습니다. 두 개의 블랙홀이 무에서 합쳐졌고, 합병에는 엄청난 중력파의 급증과 1916 년 아인슈타인이 예측 한 것과 같은 시공간 파문이 동반되었습니다. 한 세기 후, 특히 2016 년에 LIGO 천문대에 의해 모니터링됩니다.

이 폭발이 폭력적 이었다면, 이전 이론에서 가정했듯이 블랙홀은 은하계의 다른 곳으로 보내 졌을 것이고, 심지어 그 밖의 곳으로 보내 졌을 것입니다. 애플 2261을 관찰 한 과학자들이 알아 차리지 못한 것을 발견했기 때문입니다. 수용 가능한 과학적 설명을 얻기 위해 구멍은 매우 중요했습니다.

타원 은하 (A2261-BCG)에 대한 추가 조사를 통해 확산 된 핵에있는 4 개의 작은 빛 노드가 발견되어 그중 하나에 블랙홀이 숨겨져있을 가능성이 높아졌습니다.

조사를 위해 West Virginia University의 Sarah Burke Spolaor가 이끄는 팀은 Hubble Observatory와 "Great Array of Observatories"를 사용하여 4 개의 노드를 관찰했습니다. 연구팀은 노드 중 2 개가 작은 은하 일 가능성이 높고 블랙홀을 포함 할 수없는 반면, 세 번째와 네 번째 노드는 누락 된 구멍을 포함 할 가능성이 높다고 결론지었습니다.

제임스 웹을 기다리는 중

잃어버린 구멍의 비밀을 발견하기위한 다음 목적지는 NASA의 찬드라 엑스레이 우주 관측소였습니다. Nookers 팀의 베테랑 과학자 인 University of Michigan의 Kayhan Gultekin은 망원경을 코어와 네 개의 노드로 향하게했으며 가상의 블랙홀이 정상 에너지의 백만 분의 1의 속도로 공급되어야한다고 확신했습니다. 존재한다면. Gultekin은 이메일에서 "중앙의 블랙홀은 매우 희미하거나 존재하지 않습니다.

천문학 자들은 내년 10 월 말에 발사 될 예정인 허블을 대체 할 새로운 천문대 인 제임스 웹 우주 망원경의 발사를 참을성없이 기다리고 있습니다. 그들 중에는 누락 된 블랙홀이 포함되어 있습니다.


과학자들은 초대형 블랙홀을 잃어 버릴 수 있습니다

저기 우주 어딘가에 은하의 중심에 더 이상 블랙홀이있을 수 있습니다. 미국 천문 학회 (American Astronomical Society)가 발행 한 한 저널에서 과학자들은 Abell 2261의 중심으로 여겨지는 초대형 블랙홀이 더 이상 존재하지 않을 수 있음을 발견했습니다. 대신 과학자들은 중력파 반동으로 알려진 과정으로 인해 자체 은하계에서 제거되었을 수 있다고 말합니다.

반동 중에 서로 가까운 두 개의 블랙홀이 본질적으로 병합되어 공간을 가로 질러 잔물결을 보냅니다. 이론적으로 이러한 잔물결은 블랙홀을 현재 위치에서 멀리 밀어 낼 수 있습니다. 포브스. 그것은 블랙홀을 은하계에서 완전히 걷어 내고 오래 전에 사라질 정도로 충분합니다. 이 논문의 수석 천문학자인 Kayhan Gultekin은 은하계 공간에서 순항 할 것입니다.

이 글에서 초기 저널의 발행인은 기술적으로 여전히 현재 위치에있을 수 있다는 점을 지적해야합니다. 단지 이전에 그것을 찾을 수 있었지만 지금은 찾을 수 없다는 것입니다.

"그러나 Gultekin은 A2261-BCG에 초대형 블랙홀이 없다는 결론을 내리기에는 너무 이르다고 말합니다." 포브스 추가합니다. "하지만 만약 그것이 존재하지 않는다면, 그 중심에 거대한 블랙홀이없이 발견 된 유일한 거대한 은하 일 것입니다. 심지어 우리 은하수의 초 거대 질량 블랙홀조차도 상대적으로 정숙하지만 거기에 있습니다."

인터뷰에서 바이스 지난 여름, Gultekin은 블랙홀에 대해 아직 배울 것이 많다는 것을 인정했으며,이 미스터리를 해결하는 것은 가장 큰 뛰어난 질문에 답하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.

& ldquo 나를 가장 흥분시키는 것은 중력파를 통한 초대 질량 블랙홀에 대해 배우는 것입니다. & rdquo Gultekin이 말했습니다. & ldquo 우리는 그들이 합병되고 있다는 것을 확실히 알아야하며 이것이 그것이 일어나고 있음을 보여주는 한 가지 방법이 될 것입니다. & rdquo

& ldquo 초 거대 질량 블랙홀에 대한 중력파로 배울 수있는 모든 종류의 것들이 인구 또는 개별 소스로서 전통적인 전자기 천문학으로는 배우기가 정말 어렵거나 불가능합니다.


실종 : 태양 질량 100 억 개의 블랙홀

천문학 자들은 존재한다고 생각되는 가장 크고 최악의 블랙홀 중 하나를 찾기 위해 우주의 분실물을 찾고 있습니다. 지금까지 그들은 그것을 찾지 못했습니다.

지난 수십 년 동안 모든 은하의 중심에는 수백만 또는 수십억 개의 태양이 사라진 거대한 블랙홀이 숨어 있다는 것이 천문학적 지식의 일부가되었습니다. 은하계가 클수록 그 중심에있는 블랙홀이 더 커집니다.

10 년 전 우주 망원경 과학 연구소의 마크 포스트 먼 (Marc Postman)이 허블 우주 망원경을 사용하여 은하단을 조사하면서 중앙에 블랙홀 흔적이없는 초거성 은하를 발견 한 것은 놀라운 일이었습니다. 일반적으로 은하의 중심부에는 거대한 블랙홀의 중력에 의해 그곳에 모인 별들에 의해 생성 된 일종의 반짝이는 망토 인 여분의 빛이 중심에 꼬여 있습니다.

반대로 별빛에 약간의 충돌이 있었어야하는 은하의 넓은 핵의 정중앙에서 약간의 하락이 있었다. 더욱이, 전체 핵, 약 2 만 광년에 걸친 별들의 구름은 은하의 한가운데에도 없었습니다.

이 논문의 저자 인 애리조나 투손에있는 국립 광학 천문대 (National Optical Astronomy Observatory)의 은하 핵 전문가 인 Tod Lauer는 Postman이 그에게 발견 한 결과를 보여 주었을 때 이렇게 회상했습니다.

그 이후로 두 연구원과 동료들은 실종 된 블랙홀에서 X- 레이나 전파를 찾고 있습니다.

은하는 Abell 2261로 알려진 성단에서 가장 밝은 은하입니다. 여기에서 약 27 억 광년 떨어진 북쪽 하늘에있는 헤라클레스 별자리에서 눈에 띄는 별인 베가에서 멀지 않은 거리에 있습니다. 표준 경험 법칙을 사용하면 2261 은하의 중심에서 누락 된 블랙홀은 태양 질량이 100 억 개 이상이어야합니다. 상대적으로 은하계 중심의 블랙홀은 태양 질량이 약 400 만 개에 불과합니다.

그렇다면 자연은 100 억 개의 태양에 해당하는 것을 어디에 숨겼습니까?

한 가지 가능성은 블랙홀이 있지만 일시적으로 먹을 것이 없어서 침묵을 지켰다는 것입니다. 그러나 또 다른 도발적인 가능성은 블랙홀이 은하계 밖으로 완전히 던져 졌다는 것입니다.

후자를 증명하면 은하와 우주의 진화에서 가장 폭력적이고 역동적 인 과정 중 일부에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 천문학 자들은 이론을 세웠지 만 결코 본 적이없는 거대 힘의 춤과 별과 행성을 공허를 가로 질러 날릴 수있는 소용돌이 치는 세계 .

Postman은 이메일에서“흥미로운 수수께끼이며 우리는 사건을 맡고 있습니다. 그는 곧 출시 될 James Webb 우주 망원경이 사건에 대해 조명을 비추는 능력을 가질 것이라고 덧붙였습니다.

"은하에서 초대형 블랙홀을 뿜어 내면 어떻게 되나요?" 로어가 물었다.

Lauer는 스스로를 Nukers라고 부르는 비공식적 인 그룹의 일부입니다. 이 그룹은 허블 우주 망원경의 초기에 산타 크루즈에있는 캘리포니아 대학의 산드라 페이버 밑에서 처음 모였습니다. 지난 40 년 동안 그들은 먼 은하의 친밀한 심장을 들여다보기 위해 허블의 날카로운 눈과 다른 새로운 시설을 사용하여 은하 핵의 본질을 밝히려고 노력했습니다.

"A2261-BCG의 이야기"는 은하계의 공식적인 이름을 문학적으로 언급하면서 "은하 진화의 종점에서 우주에서 가장 거대한 은하 인 거대한 타원 은하에서 일어나는 일입니다."라고 말했습니다.

블랙홀은 밀도가 너무 높아서 빛조차도 중력 클러치를 벗어날 수 없습니다. 그것들은 정의에 의해 보이지 않지만, 물질이 손에 닿아 서 발생하는 소동 (X- 레이 및 라디오 비명)은 우주 전체에서 볼 수 있습니다. 1960 년대에 은하 중심에서 퀘이사가 발견되면서 처음으로 천문학 자들은 초 거대 질량 블랙홀이 그러한 불꽃 놀이의 원인이라고 생각하게되었습니다.

세기가 바뀌면서 천문학 자들은 모든 은하의 가슴 속에 태양보다 수백만에서 수십억 배나 더 거대한 초대 질량 블랙홀을 가지고 있다는 결론에 도달했습니다. 그들이 어디에서 왔는지-별의 붕괴로 형성된 작은 블랙홀에서 자랐 든, 아니면 우주 초기에 다른 과정을 통해 형성 되었든-아무도 확실하지 않습니다. “모든 복숭아에는 구덩이가 있습니다.”라고 Lauer가 말했습니다.

그러나 이러한 독립 체는 주변 환경에 어떤 영향을 미칠까요?

1980 년에 세 명의 천문학자인 Mitchell Begelman, Martin Rees, Roger Blandford가이 블랙홀이 그들이 거주하는 은하의 진화를 어떻게 바꿀지에 대해 썼습니다. 두 은하가 충돌하고 합쳐 졌을 때-특히 초기 우주에서 특히 흔한 사건-중앙 블랙홀이 만나서 이원계를 형성하고, 두 개의 블랙홀이 서로 돌고 있습니다.

Begelman과 그의 동료들은 주위를 맴도는이 두 개의 거대한 블랙홀이 그들이 잠긴 별들의 바다와 상호 작용할 것이라고 주장했다. 때때로이 별들 중 하나는 쌍 성체와 밀접한 접촉을 할 것이고 중력은 중력을 가질 것이다. 별을 중앙에서 밀어내어 블랙홀을 더욱 단단히 묶습니다.

시간이 지남에 따라 더 많은 별이 중심에서 멀어 질 것입니다. 점차적으로 중앙에 집중된 별빛은 더 넓고 확산 된 코어로 퍼져 나가고, 블랙홀 바이너리가 짝짓기 춤을 추는 중앙에 약간 꼬임이 생겼습니다. 이 과정을 "수색"이라고합니다.

"그들은 게임보다 훨씬 앞서있었습니다."라고 Lauer는 세 천문학 자에 대해 말했습니다.

긁힌 핵은 Lauer와 Postman이 Abell 2261과 만났다고 생각한 상황이었습니다. 그러나 핵의 중심에서 최고점 대신에 초 거대 블랙홀과 그에 수반되는 별이 단순히 날라.

이것은 Begelman과 그의 동료들이 구상 한 시나리오가 펼쳐졌을 가능성을 더욱 극적으로 높였습니다. 두 개의 블랙홀이 하나의 거대한 입으로 합쳐졌습니다. 합병은 중력파의 격변적인 폭발을 동반했을 것이며, 1916 년 아인슈타인에 의해 존재할 것으로 예측 된 시공간 파문이 1 세기 후인 2016 년에 LIGO 기기에서 마침내 볼 수있었습니다.

만약 그 폭발이 한쪽으로 치우 쳤다면 그 결과로 생긴 초대 질량 블랙홀이 은하계를 통과하거나 심지어 천문학 자들이 한 번도 보지 못한 무언가를 날아 가게했을 것입니다. 따라서 잘못된 블랙홀을 찾는 것이 가장 중요했습니다.

A2261-BCG에 대한 추가 조사를 통해 확산 코어 내에 4 개의 작은 빛 매듭이 드러났습니다. 그들 중 하나가 블랙홀을 숨길 수 있을까요?

웨스트 버지니아 대학의 Sarah Burke-Spolaor가 이끄는 팀은 뉴 멕시코 주 소코로에서 허블과 초대형 전파 망원경으로 하늘을 날았습니다. 허블의 분광 측정은 매듭의 별들이 얼마나 빨리 움직이는 지, 따라서 그것들을 함께 유지하기 위해 거대한 물체가 필요한지 여부를 알 수 있습니다.

두 개의 매듭은 아마도 큰 은하에 의해 작은 내부 움직임을 가진 작은 은하 들일 것이라고 결론지었습니다. 세 번째 매듭의 측정에는 블랙홀의 위치로 아직 안팎으로 배제 할 수없는 큰 오차 막대가있었습니다.

버크-스 폴라 어 (Burke-Spolaor)는 코어의 하단 가장자리 근처에있는 네 번째 매우 조밀 한 매듭이 허블에게 너무 희미했다고보고했다. “이 매듭을 관찰하려면 허블 우주 망원경으로 관찰하는 데 너무 많은 시간 (수백 시간)이 필요했을 것입니다.”라고 그녀는 이메일에서 말했습니다. 그래서 그것은 은신처 후보로 남아 있습니다.

은하 핵은 전파를 방출하지만 수색에 도움이되지 않았다고 Burke-Spolaor는 말했다.

"우리는 원래 무선 방출이 일종의 문자 그대로의 흡연 총이되어 블랙홀 위치를 직접 가리키는 활성 제트를 보여주기를 바랐습니다."라고 그녀는 말했습니다. 그러나 전파 유물은 스펙트럼 특성에 따라 적어도 5 천만년이 되었기 때문에 제트기가 꺼진 이후로 큰 블랙홀이 다른 곳으로 이동할 충분한 시간이 있었을 것이라고 그녀는 말했습니다.

다음 정거장은 NASA의 궤도를 도는 찬드라 엑스레이 천문대였습니다. 원래 발견 팀에 속하지 않은 또 다른 베테랑 Nuker 인 미시간 대학의 Kayhan Gultekin은 망원경을 클러스터 코어와 의심스러운 매듭에 겨냥했습니다. 주사위가 없습니다. 추정되는 블랙홀은 만약 그것이 존재한다면 잠재적 인 비율의 100 만분의 1의 속도로 먹여야 할 것이라고 Gultekin은 말했다.

"중앙의 블랙홀은 매우 희미하거나 존재하지 않습니다."라고 그는 이메일에 썼습니다. 바이너리 블랙홀 시스템의 경우도 마찬가지입니다. 그는 숨어 있기 위해 가스를 거의 먹지 않아도 될 것이라고 말했습니다.

그 동안 Postman의 팀에 속하지 않은 Surrey 대학의 Imran Nasim은 두 개의 초 거대 블랙홀의 합병이 어떻게 은하계를 천문학 자들이 발견 한 것으로 바꿀 수 있는지에 대한 자세한 분석을 발표했습니다.

Nasim은 이메일에서“간단히 중력파 반동이 은하계에서 초 거대 블랙홀을 '차기'게합니다. 초 거대 닻을 잃어버린 블랙홀 쌍성 주위의 별 구름이 퍼져서 더욱 확산됩니다. 그 지역 (거대 은하 전체의 가장 밀도가 높은 부분)에있는 별들의 밀도는 우리 은하수 근처에있는 별들의 밀도의 10 분의 1에 불과하여 밤하늘이 우리 은하와 비교할 때 빈혈처럼 보일 것입니다.

이 모든 것이 천문학 자들이 오랫동안 기다려온 허블의 후계자 인 제임스 웹 우주 망원경의 출시를 간절히 기다리고있는 또 다른 이유이며, 현재 10 월 말로 예정되어 있습니다. 이 망원경은 4 개의 매듭을 동시에 검사 할 수 있으며 그중 하나가 초대형 블랙홀인지 여부를 결정할 수 있습니다.

“여기에서 우리의 매우 정교함을 볼 수 있습니다.”라고 Lauer가 말했습니다. “이봐 요, 아마도 매듭이있을 겁니다! 이봐, 아닐지도 몰라! 모든 것을 더 잘 검색하십시오!”


실종 : 태양 질량 100 억 개의 블랙홀

천문학 자들은 존재한다고 생각되는 가장 크고 최악의 블랙홀 중 하나를 찾기 위해 우주의 분실물을 찾고 있습니다. 지금까지 그들은 그것을 찾지 못했습니다.

지난 수십 년 동안 모든 은하의 중심에는 수백만 또는 수십억 개의 태양이 사라진 거대한 블랙홀이 숨어 있다는 것이 천문학적 지식의 일부가되었습니다. 은하계가 클수록 그 중심에있는 블랙홀이 더 커집니다.

10 년 전 우주 망원경 과학 연구소의 마크 포스트 먼 (Marc Postman)이 허블 우주 망원경을 사용하여 은하단을 조사하면서 중앙에 블랙홀 흔적이없는 초거성 은하를 발견 한 것은 놀라운 일이었습니다. 일반적으로 은하의 중심부에는 거대한 블랙홀의 중력에 의해 그곳에 모인 별들에 의해 생성 된 일종의 반짝이는 망토 인 여분의 빛이 중심에 꼬여 있습니다.

반대로 별빛에 약간의 충돌이 있었어야하는 은하의 넓은 핵의 정중앙에서 약간의 하락이 있었다. 더욱이, 전체 핵, 약 2 만 광년에 걸친 별들의 구름은 은하의 한가운데조차 없었습니다.

이 논문의 저자 인 애리조나 투손에있는 국립 광학 천문대 (National Optical Astronomy Observatory)의 은하 핵 전문가 인 Tod Lauer는 Postman이 그에게 발견 한 결과를 보여 주었을 때 이렇게 회상했습니다.

그 이후로 두 연구원과 동료들은 실종 된 블랙홀에서 X- 레이나 전파를 찾고 있습니다.

은하는 Abell 2261로 알려진 성단에서 가장 밝은 은하입니다.이 은하는 여기에서 약 27 억 광년 떨어진 북쪽 하늘에있는 헤라클레스 자리에서, 저명한 별인 베가에서 멀지 않은 곳에 있습니다. 표준 경험 법칙을 사용하면 2261 은하의 중심에서 누락 된 블랙홀은 태양 질량이 100 억 개 이상이어야합니다. 상대적으로 은하계 중심의 블랙홀은 태양 질량이 약 400 만 개에 불과합니다.

그렇다면 자연은 100 억 개의 태양에 해당하는 것을 어디에 숨겼습니까?

한 가지 가능성은 블랙홀이 거기에 있지만 일시적으로 먹을 것이 부족하여 침묵하고 있다는 것입니다. 그러나 또 다른 도발적인 가능성은 블랙홀이 은하계 밖으로 완전히 던져 졌다는 것입니다.

후자를 증명하면 은하와 우주의 진화에서 가장 폭력적이고 역동적 인 과정 중 일부에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 천문학 자들은 이론을 세웠지 만 결코 본 적이없는 거대 힘의 춤과 별과 행성을 공허를 가로 질러 날릴 수있는 소용돌이 치는 세계 .

Postman은 이메일에서“흥미로운 수수께끼이며 우리는 사건을 맡고 있습니다. 그는 곧 출시 될 James Webb 우주 망원경이 사건에 대해 조명을 비추는 능력을 가질 것이라고 덧붙였습니다.

"은하에서 초대형 블랙홀을 뿜어 내면 어떻게 되나요?" 로어가 물었다.

Lauer는 스스로를 Nukers라고 부르는 비공식적 인 그룹의 일부입니다. 이 그룹은 허블 우주 망원경의 초기에 산타 크루즈에있는 캘리포니아 대학의 산드라 페이버 밑에서 처음 모였습니다. 지난 40 년 동안 그들은 먼 은하의 친밀한 심장을 들여다보기 위해 허블의 날카로운 눈과 다른 새로운 시설을 사용하여 은하 핵의 본질을 밝히려고 노력했습니다.

"A2261-BCG의 이야기"는 은하계의 공식적인 이름을 문학적으로 언급하면서 "은하 진화의 종점에서 우주에서 가장 거대한 은하 인 거대한 타원 은하에서 일어나는 일"이라고 말했다.

블랙홀은 밀도가 너무 높아 빛조차도 중력 클러치를 벗어날 수 없습니다. 그것들은 정의에 의해 보이지 않지만, 물질이 손에 닿아 서 발생하는 소동 (X- 레이 및 라디오 비명)은 우주 전체에서 볼 수 있습니다. 1960 년대에 은하 중심에서 퀘이사가 발견되면서 처음으로 천문학 자들은 초 거대 질량 블랙홀이 그러한 불꽃 놀이의 원인이라고 생각하게되었습니다.

세기가 바뀌면서 천문학 자들은 모든 은하의 가슴 속에 태양보다 수백만에서 수십억 배나 더 거대한 초대 질량 블랙홀을 가지고 있다는 결론에 도달했습니다. 그들이 어디에서 왔는지-별의 붕괴로 형성된 작은 블랙홀에서 자랐 든, 아니면 우주 초기에 다른 과정을 통해 형성 되었든-아무도 확실하지 않습니다. “모든 복숭아에는 구덩이가 있습니다.”라고 Lauer가 말했습니다.

그러나 이러한 독립 체는 주변 환경에 어떤 영향을 미칠까요?

1980 년에 세 명의 천문학자인 Mitchell Begelman, Martin Rees, Roger Blandford가이 블랙홀이 그들이 거주하는 은하의 진화를 어떻게 바꿀지에 대해 썼습니다. 두 은하가 충돌하고 합쳐 졌을 때-특히 초기 우주에서 특히 흔한 사건-중앙 블랙홀이 만나서 이원계를 형성하고, 두 개의 블랙홀이 서로 돌고 있습니다.

Begelman과 그의 동료들은 주위를 맴도는이 두 개의 거대한 블랙홀이 그들이 잠긴 별들의 바다와 상호 작용할 것이라고 주장했다. 때때로이 별들 중 하나는 쌍 성체와 밀접한 접촉을 할 것이고 중력은 중력을 가질 것이다. 별을 중앙에서 밀어내어 블랙홀을 더욱 단단히 묶습니다.

시간이 지남에 따라 더 많은 별이 중심에서 멀어 질 것입니다. 점차적으로 중앙에 집중된 별빛은 더 넓고 확산 된 코어로 퍼져 나가고, 블랙홀 바이너리가 짝짓기 춤을 추는 중앙에 약간 꼬임이 생겼습니다. 이 과정을 "수색"이라고합니다.

“그들은 게임보다 훨씬 앞서있었습니다.”라고 Lauer는 세 천문학 자에 대해 말했습니다.

긁힌 핵은 Lauer와 Postman이 Abell 2261과 만났다고 생각한 상황이었습니다. 그러나 핵의 중심에서 최고점 대신에 초 거대 블랙홀과 그에 수반되는 별들이 단순히 날라.

이것은 Begelman과 그의 동료들이 구상 한 시나리오가 펼쳐졌을 가능성을 더욱 극적으로 높였습니다. 두 개의 블랙홀이 하나의 거대한 입으로 합쳐졌습니다. 합병은 중력파의 격변적인 폭발을 동반했을 것이며, 1916 년에 아인슈타인에 의해 존재할 것으로 예측 된 시공간 파문이 있었고, 1 세기 후인 2016 년에 마침내 LIGO 기기에서 볼 수있었습니다.

만약 그 폭발이 한쪽으로 치우 쳤다면 그 결과로 생긴 초대 질량 블랙홀이 은하계를 통과하거나 심지어 천문학 자들이 한 번도 보지 못한 무언가를 날아 가게했을 것입니다. 따라서 잘못된 블랙홀을 찾는 것이 가장 중요했습니다.

A2261-BCG에 대한 추가 조사를 통해 확산 코어 내에 4 개의 작은 빛 매듭이 드러났습니다. 그들 중 하나가 블랙홀을 숨길 수 있을까요?

A team led by Sarah Burke-Spolaor of West Virginia University took to the sky with Hubble and the Very Large Array radio telescope in Socorro, New Mexico. Spectroscopic measurements by Hubble could tell how fast the stars in the knots were moving, and thus whether some massive object was needed to keep them together.

Two of the knots, they concluded, were probably small galaxies with small internal motions being cannibalized by the big galaxy. Measurements of the third knot had such large error bars that it could not yet be ruled in or out as the black hole’s location.

The fourth, very compact knot near the bottom edge of the core was too faint for Hubble, Burke-Spolaor reported. “Observing this knot would have required an overblown amount of time (hundreds of hours) observing with Hubble Space Telescope,” she said in an email, and so it also remains a candidate for the hiding spot.

The galaxy core also emits radio waves, but they didn’t help the search, Burke-Spolaor said.

“We were originally hoping the radio emission would be some kind of literal smoking gun, showing an active jet that points directly back to black-hole location,” she said. But the radio relic was at least 50 million years old, according to its spectral characteristics, which meant, she said, that the large black hole would have had ample time to move elsewhere since the jet turned off.

Next stop was NASA’s orbiting Chandra X-ray Observatory. Kayhan Gultekin of the University of Michigan, another veteran Nuker who was not on the original discovery team, aimed the telescope at the cluster core and those suspicious knots. No dice. The putative black hole would have to be feeding at one-millionth of its potential rate if it were there at all, Gultekin said.

“Either any black hole at the center is very faint, or it isn’t there,” he wrote in an email. The same goes for the case of a binary black-hole system, he said it would need to be eating very little gas to stay hidden.

In the meantime, Imran Nasim, of the University of Surrey, who was not part of Postman’s team, has published a detailed analysis of how the merger of two supermassive black holes could reform the galaxy into what the astronomers have found.

“Simply, gravitational wave recoil ‘kicks’ the supermassive black hole out of the galaxy,” Nasim explained in an email. Having lost its supermassive anchor, the cloud of stars around the black-hole binary spreads out, becoming more diffuse. The density of stars in that region — the densest part of the entire giant galaxy — is only one-tenth the density of stars in our own neighborhood of the Milky Way, resulting in a night sky that would appear anemic compared with our own.

All this is another reason that astronomers eagerly await the launch of the James Webb Space Telescope, the long-awaited successor to Hubble, which is now scheduled for the end of October. That telescope will be able to examine all four knots at the same time and determine whether any of them are a supermassive black hole.

“Here you see our great sophistication,” Lauer said. “Hey, maybe it’s in the knots! Hey, maybe it isn’t! Better search everything!”


Excavating a Dinosaur in a Galaxy Cluster


Ophiuchus Galaxy Cluster
Credit: X-ray: Chandra: NASA/CXC/NRL/S. Giacintucci, et al., XMM-Newton: ESA/XMM-Newton
Radio: NCRA/TIFR/GMRT Infrared: 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF

We are pleased to welcome two guest bloggers, Maxim Markevitch and Simona Giacintucci, who led the study described in our latest press release. Markevitch, an expert on galaxy clusters X-ray studies, got his PhD at the Space Research Institute of the Russian Academy of Sciences. He worked on ASCA X-ray data in Japan, then at the Chandra X-ray Center for the first 10 years of Chandra operations, and is now at the NASA Goddard Space Flight Center. He received the AAS Rossi Prize. Giacintucci, the lead author of the study, is an expert in radio phenomena in galaxy clusters. She got her PhD at Bologna University. She was a postdoc at the CfA and an Einstein fellow at the University of Maryland, and is now at the Naval Research Lab.

Galaxy clusters are colossal concentrations of dark matter, galaxies, and tenuous, 100-million-degree plasma. This plasma — gas where the electrons have been stripped from their atoms — slowly loses heat by emitting radiation in the form of X-rays. Around the central peaks of many clusters, where matter concentrates, the plasma gets dense enough* to cool quite fast, on a timescale shorter than the cluster's lifetime (a few billion years). The higher the plasma's density, the more X-rays it emits and the faster it cools. As it cools down, it contracts and becomes denser still, and so on, entering a runaway cooling process. Left unchecked, this process should deposit vast quantities of cold gas in the cluster centers.

We know for a fact that the plasma cools down because we do observe those X-rays — but we don't find nearly as much cold gas in the cluster centers as such runaway cooling must deposit. This has been a puzzle for a long while, and the solution the astronomers converged upon is that there must be some source of additional heat in the central regions of clusters — their “cores” — that doesn't let the plasma cool below 10 million degrees or so.

Early Chandra X-ray images of galaxy clusters pointed to the likely source: the supermassive black holes (SMBH) that sit in the centers of the cluster central galaxies, pull in the surrounding matter, and eject a tiny part of it (just before it sinks irretrievably into the black hole) at nearly the speed of light back into the surrounding gas. Where those jets hit the gas, they blow huge bubbles in it, stir it, generate shocks like sonic booms, etc. (all of these features have been seen in the Chandra images of the cluster cores). The current wisdom holds that these processes together supply the needed heat to prevent runaway cooling from occurring, but at the same time are not so powerful that they blow up the whole plasma cloud, implying some kind of a gentle, self-regulated feedback loop may be occurring.


An invisible sphere surrounded by a donut

From our far-off view of this great black hole, it might look like a bright, flat ring. But that's not exactly the case.

We're largely seeing the "face" of the event horizon, like the face of a coin, as opposed to the side or edge, explained Chris Fryer, an astrophysicist at Los Alamos National Laboratory who had no role in the collaboration.

Yet from another view, we would see that the event horizon is not a flat disk with a big hole in the middle (where an enormous black hole lies). "It’s a donut sort of thing -- but not a frisbee," said Lai.

Still, we are viewing this black hole -- and the event horizon around it -- from an ideal angle. It's a bit like hovering above Earth and looking down onto the North Pole, said Bentz. This allows us to glimpse the ring around the rotating black hole, which scientists suspect is a great big sphere, like Earth.

It's an invisible sphere surrounded by a donut of hot gas, if you will.


Missing: One black hole with 10 billion solar masses

Astronomers are searching the cosmic lost-and-found for one of the biggest, baddest black holes thought to exist. So far they haven’t found it.

In the past few decades, it has become part of astronomical lore that at the center of every galaxy lurks a giant black hole into which the equivalent of millions or even billions of suns have disappeared. The bigger the galaxy, the more massive the black hole at its center.

So it was a surprise a decade ago when Marc Postman, of the Space Telescope Science Institute, using the Hubble Space Telescope to survey clusters of galaxies, found a supergiant galaxy with no sign of a black hole in its center. Normally, the galaxy’s core would have a kink of extra light in its center, a kind of sparkling cloak, produced by stars that had been gathered there by the gravity of a giant black hole.

On the contrary, at the exact center of the galaxy’s wide core, where a slight bump in starlight should have been, there was a slight dip. Moreover, the entire core, a cloud of stars some 20,000 light-years across, was not even in the middle of the galaxy.

“Oh, my God, this is really unusual,” Tod Lauer, an expert on galactic nuclei at the National Optical Astronomy Observatory in Tucson, Arizona, and an author on the paper, recalled saying when Postman showed him the finding.

That was in 2012. In the years since, the two researchers and their colleagues have been looking for X-rays or radio waves from the missing black hole.

The galaxy is the brightest one in a cluster known as Abell 2261. It is about 2.7 billion light-years from here, in the constellation Hercules in the northern sky, not far from the prominent star Vega. Using the standard rule of thumb, the black hole missing from the center of the 2261 galaxy should be 10 billion solar masses or more. Comparatively, the black hole at the center of the Milky Way galaxy is only about 4 million solar masses.

So where has nature stashed the equivalent of 10 billion suns?

One possibility is that the black hole is there but has gone silent, having temporarily run out of anything to eat. But another provocative possibility, Lauer and his colleagues say, is that the black hole was thrown out of the galaxy altogether.

Proving the latter could provide insight into some of the most violent and dynamic processes in the evolution of galaxies and the cosmos, about which astronomers have theorized but never seen — a dance of titanic forces and swirling worlds that can fling stars and planets across the void.

“It’s an intriguing mystery, and we’re on the case,” Postman said in an email. He added that the upcoming James Webb Space Telescope would have the capability to shed light, so to speak, on the case.

“What happens when you eject a supermassive black hole from a galaxy?” Lauer asked.

Lauer is part of an informal group who call themselves Nukers. The group first came together under Sandra Faber of the University of California, Santa Cruz, in the early days of the Hubble Space Telescope. Over the past four decades, they have sought to elucidate the nature of galactic nuclei, using the sharp eye of Hubble and other new facilities to peer into the intimate hearts of distant galaxies.

“The story of A2261-BCG,” he said, referring to the galaxy’s formal name in literature, “is what happens with the most massive galaxies in the universe, the giant elliptical galaxies, at the end point of galaxy evolution.”

Black holes are objects so dense that not even light can escape their gravitational clutches. They are invisible by definition, but the ruckus — X-rays and radio screams — caused by material falling into its grasp can be seen across the universe. The discovery in the 1960s of quasars in the centers of galaxies first led astronomers to consider that supermassive black holes were responsible for such fireworks.

By the turn of the century, astronomers had come to the conclusion that every galaxy harbored a supermassive black hole, millions to billions of times more massive than the sun, in its bosom. Where they came from — whether they grew from smaller black holes that had formed from the collapse of stars, or formed through some other process early in the universe — nobody is sure. “There is a pit in every peach,” Lauer said.

But how do these entities affect their surroundings?

In 1980, three astronomers, Mitchell Begelman, Martin Rees and Roger Blandford, wrote about how these black holes would alter the evolution of the galaxies they inhabit. When two galaxies collided and merged — an especially common event in the earlier universe — their central black holes would meet and form a binary system, two black holes circling each other.

Begelman and his colleagues argued that these two massive black holes, swinging around, would interact with the sea of stars they were immersed in. Every once in a while, one of these stars would have a close encounter with the binary, and gravitational forces would push the star out of the center, leaving the black holes even more tightly bound.

Over time, more stars would be tossed away from the center. Gradually, starlight that was once concentrated at the center would spread out into a broader, diffuse core, with a little kink at the center where the black-hole binary was doing its mating dance. The process is called “scouring.”

“They were way ahead of the game,” Lauer said of the three astronomers.

A scoured core was the kind of situation that Lauer and Postman thought they had encountered with Abell 2261. But instead of a peak at the center of the core, there was a dip, as if the supermassive black hole and its attendant stars had simply been taken away.

This raised the more dramatic possibility that the scenario envisioned by Begelman and his colleagues had played out: The two black holes had merged into one gigantic mouthful of nothing. The merger would have been accompanied by a cataclysmic burst of gravitational waves, space-time ripples predicted to exist by Einstein in 1916 and finally seen by the LIGO instruments a century later, in 2016.

If that burst was lopsided, it would have sent the resultant supermassive black hole flying through the galaxy, or even out of it, something astronomers had never observed. So finding the errant black hole was of the utmost importance.

Further scrutiny of A2261-BCG revealed four little knots of light within the diffuse core. Could one of them be harboring the black hole?

A team led by Sarah Burke-Spolaor of West Virginia University took to the sky with Hubble and the Very Large Array radio telescope in Socorro, New Mexico. Spectroscopic measurements by Hubble could tell how fast the stars in the knots were moving, and thus whether some massive object was needed to keep them together.

Two of the knots, they concluded, were probably small galaxies with small internal motions being cannibalized by the big galaxy. Measurements of the third knot had such large error bars that it could not yet be ruled in or out as the black hole’s location.

The fourth, very compact knot near the bottom edge of the core was too faint for Hubble, Burke-Spolaor reported. “Observing this knot would have required an overblown amount of time (hundreds of hours) observing with Hubble Space Telescope,” she said in an email, and so it also remains a candidate for the hiding spot.

The galaxy core also emits radio waves, but they didn’t help the search, Burke-Spolaor said.

“We were originally hoping the radio emission would be some kind of literal smoking gun, showing an active jet that points directly back to black-hole location,” she said. But the radio relic was at least 50 million years old, according to its spectral characteristics, which meant, she said, that the large black hole would have had ample time to move elsewhere since the jet turned off.

Next stop was NASA’s orbiting Chandra X-ray Observatory. Kayhan Gultekin of the University of Michigan, another veteran Nuker who was not on the original discovery team, aimed the telescope at the cluster core and those suspicious knots. No dice. The putative black hole would have to be feeding at one-millionth of its potential rate if it were there at all, Gultekin said.

“Either any black hole at the center is very faint, or it isn’t there,” he wrote in an email. The same goes for the case of a binary black-hole system, he said it would need to be eating very little gas to stay hidden.

In the meantime, Imran Nasim, of the University of Surrey, who was not part of Postman’s team, has published a detailed analysis of how the merger of two supermassive black holes could reform the galaxy into what the astronomers have found.

“Simply, gravitational wave recoil ‘kicks’ the supermassive black hole out of the galaxy,” Nasim explained in an email. Having lost its supermassive anchor, the cloud of stars around the black-hole binary spreads out, becoming more diffuse. The density of stars in that region — the densest part of the entire giant galaxy — is only one-tenth the density of stars in our own neighborhood of the Milky Way, resulting in a night sky that would appear anemic compared with our own.

All this is another reason that astronomers eagerly await the launch of the James Webb Space Telescope, the long-awaited successor to Hubble, which is now scheduled for the end of October. That telescope will be able to examine all four knots at the same time and determine whether any of them are a supermassive black hole.

“Here you see our great sophistication,” Lauer said. “Hey, maybe it’s in the knots! Hey, maybe it isn’t! Better search everything!”


Ask Ethan: Why Doesn’t Every Galaxy Have A Supermassive Black Hole?

There are some 400 billion objects flying through the Milky Way galaxy with enough mass that — if they were all made of hydrogen and helium atoms — they’d ignite nuclear fusion in their cores and become stars. Most of them actually are stars, but many of them are former stars, existing today as white dwarfs, neutron stars, or black holes. Of the black holes that we have, most of them fall into the category of “stellar mass” black holes, meaning that they arose from stars and have masses that individual stars also possess. But a few black holes grew to be much more massive, and at the center of the Milky Way lies our most massive black hole of all: the 4 million solar mass, supermassive behemoth known as Sagittarius A*. In fact, most galaxies have supermassive black holes, and that’s what Patreon supporter Steve Shaber wrote in to ask about:

“[You’ve said] that 대부분 galaxies have a supermassive black hole at the center. I heard the same statement on television this morning. But why would any galaxy 아니 have a supermassive black hole? Do astronomers know for certain that some galaxies lack a black hole at the center — that there’s a hole (so to speak) where the black hole ought to be?”

Oh yes, yes we do know. Here’s the science behind the galaxies without a supermassive black hole at their centers.

10⁶ year) timescales, rather than all at once. Due to its close proximity to Earth, it’s possible that the Event Horizon Telescope could image its central region to even better spatial resolutions than 3C 279. (X-RAY: NASA/CXC/UNIV OF HERTFORDSHIRE/M.HARDCASTLE ET AL., RADIO: CSIRO/ATNF/ATCA)

When we look out at the galaxies in the Universe, they come not only in a variety of shapes, sizes, ages, and stellar populations, but also with a wide assortment of activity levels. Some galaxies emit X-rays and radio waves from their centers: a sign of their central black holes actively feeding on matter.

This electromagnetic emission fools many into believing that black holes — objects where gravity is so intense, that nothing, not even light, can escape from its gravitational pull — are somehow a paradox.

That’s not the case at all, though, because this emission doesn’t come from inside the event horizon, but exclusively from outside. The radiation, in fact, comes from matter that’s external to the black hole, from stars, globular clusters, gas, and other objects. When they get close enough to the vicinity of the black hole, the intense tidal forces, which can be quintillions of times stronger than the tides from the Earth-Moon system, rip them apart. That mass then becomes part of an accretion disk (or accretion flow), where it heats up, emits radiation, and much of it eventually falls in, where it grows the black hole in mass.

When we look out at the galaxies we see across cosmic time, many of them appear active. In fact, the image above comes from NASA’s Chandra’s X-ray telescope, and is one of the deepest images of the sky ever taken. More than 7 million seconds — the equivalent of about three months of continuous observation — went into observing this small patch of sky, and practically every point of light appearing in this image corresponds to an active, feeding, supermassive black hole at the center of a galaxy.

These black holes are truly a wonder to observe. We’ve learned, from what we’ve seen, that the Milky Way’s most massive black hole, of

4 million solar masses, is actually on the small side of things. Most galaxies of comparable sizes that are active have much larger black holes. Andromeda, which is at most about twice the mass of the Milky Way, has a black hole that’s more like

80–100 million solar masses. Many other galaxies have black holes reaching into the billions or even tens of billions of solar masses.

And, at the limits of our observational capabilities, we find galaxies from when the Universe was only a tiny fraction of its present age, less than a billion years old, that have supermassive black holes that are hundreds, or even close to a thousand, times as massive as our own.

I couldn’t blame you for thinking, based on the evidence of what we do see, that every galaxy in the Universe should have a supermassive black hole at its center. After all, only a fraction of the black holes that exist are supermassive, and only a fraction of the supermassive black holes that exist are active in any way. For example, the galaxy NGC 1277 is close enough and has a massive enough black hole that the Event Horizon Telescope should be able to image it directly, but its inactivity renders it unobservable via this direct method.

Furthermore, the supermassive black hole at the center of our own galaxy is the only one close enough to measure its mass from the motion of individual stars within it. It’s an eminently reasonable thought that every galaxy in the Universe should have a supermassive black hole, especially considering that the processes that we think lead to their formation:

  • early, very massive stars form,
  • some go supernova and some directly collapse,
  • their remnants dynamically interact with the surrounding matter,
  • causing them to sink to the proto-galaxy’s center,
  • where they merge,
  • and then these “seeds” of supermassive black holes accrete matter and grow,
  • leading to what we observe today,

ought to occur everywhere a galaxy is present.

But there’s another part to the story, and that’s what changes everything. Yes, we think that every galaxy — from the process of star-formation and evolution — should spawn the seeds of supermassive black holes, and that given enough time, those seeds should grow into bona fide supermassive black holes. As long as galaxies remain in isolation, it’s very difficult to imagine that something would come along to get rid of these monsters, since, when you work out the equations that govern energy and momentum conservation, you learn that you’d pretty much need something to come along that was more massive than the supermassive black hole if you wanted to gravitationally “kick” it out of the galaxy.

Sure, supernova explosions can kick smaller, stellar mass black holes out of a galaxy we’ve seen evidence for that occurrence in our own Milky Way relatively recently, in fact. But even the largest, most powerful supernova couldn’t kick a supermassive black hole out of a parent galaxy. There simply isn’t enough energy to get a mass that large moving with enough speed for it to achieve escape velocity.

But there is a way to do it: take another galaxy, one that’s more massive than at least the supermassive black hole you’re asking about, one that very likely also has its own supermassive black hole, and bring it close enough so that you get a gravitational interaction between the two galaxies.

The first observational evidence that such a happenstance could lead to a black hole getting kicked out of a galaxy was uncovered back in 2012, when a supermassive black hole was observed moving out of its host galaxy at a speed of about 5 million kilometers per hour: about 0.5% the speed of light. Above, you can see a picture of two galaxies — with both optical and X-ray data shown — where one of the galaxies is very unusual: it has X-ray emission that’s offset from the center, dominant in one direction, and is moving with a large speed relative to the host galaxy. If you’re interested in learning more, the galaxy is known as CID-42, and is located about 4 billion light-years away.

So what could be causing this?

The best explanation is that there was a recent collision between two galaxies, and that their supermassive black holes collided as well. Because of how gravitational waves work, with an inspiral, merger, and ringdown phase, large amounts of energy can be radiated away. In fact, whenever two black holes merge, about

10% of the mass of the smaller black hole is converted into gravitational radiation via Einstein’s E = mc². That large energy conversion can sometimes “kick” the post-merger black hole, and in this case, it looks like it kicked it hard enough that it’s being ejected from the galaxy.

Now, you might worry — if you know quite a bit about energy and momentum — that the supermassive black holes ought to follow their host galaxies, and so if the galaxies merge, you’d expect that the supermassive black holes would remain with those galaxies post-merger as well.

Don’t doubt your intuition this is what usually happens, most likely. But there are certain parameters that can change the story. Remember the following facts:

  1. the correlation between galaxy mass and supermassive black hole mass is only a general one, and there are plenty of instances of high-mass galaxies with lower-mass black holes and lower-mass galaxies with higher-mass black holes,
  2. that when black holes merge, they’ll roughly follow the center-of-momentum frame for the two black holes,
  3. but that when galaxies merge, they’ll roughly follow the center-of-momentum for the gaseous (and dark matter) components of the host galaxies,
  4. and that if “fact 2” and “fact 3” give you different momentum vectors, it’s actually very easy for two galaxies to merge and produce a post-merger galaxy where the main pre-existing supermassive black holes have also merged, but are no longer part of that new galaxy.

Indeed, we might have reason to worry if we only ever saw this one example of a galaxy that’s losing a supermassive black hole, or if the data were more ambiguous about what’s happening, such as if another active black hole were part of the CID-42 system. (There isn’t one.)

But it’s definitively not the only example. We discovered a quasar, 3C 186, which we fully suspect is powered by a supermassive black hole, just like all quasars. Only, when we went looking for the host galaxy associated with this quasar, we found that it was moving at

2000 km/s, or about 0.7% the speed of light, relative to the quasar itself. It takes a huge amount of energy to displace a black hole like this, and quasars are often thought to “activate” in the aftermath of a galaxy merger.

Discovered in 2017, this system appears to exhibit similar properties to CID-42, only this time, the black hole is truly enormous at

1 billion solar masses. It’s eminently possible that gravitational waves are emitted more strongly in one direction than another, and the post-merger black hole will recoil in the opposite direction. The fact that gravitational waves can carry so much energy is very likely what’s propelling these black holes out of their host galaxies.

One of the place to look for these black holes in the process of being ejected, as astronomer Yashashree Jadhav noted back in 2019, is for galaxies whose “central” black holes are actually offset from their centers. Indeed, in many such galaxies, it’s noted that those black holes appear to be moving relative to the rest of the galaxy at high speeds: hundreds or even thousands of km/s, or between about 0.1% and 1% the speed of light.

Some of them could be binary supermassive black holes — which we have observed — but somehow where only one member is visible and the other isn’t. (That latter option is something that hasn’t been observed.) It’s possible that other dynamics caused these large black hole velocities, but it’s difficult to think of a mechanism that could impart so much energy to them that wouldn’t also affect the host galaxy similarly. Even the most powerful supernovae, for example, are hundreds of millions of time too weak to cause this effect.

The best story we have today, using only known physics and applying it to the full suite of what we’ve observed, indicates that there ought to be many galaxies out there, even large ones, that lost their supermassive black holes in a recent merger. Although we’ve seen quite a number of these galaxies that look suspiciously devoid of black holes, we have yet to find a supermassive black hole wandering through intergalactic space all by its lonesome.

When we put all of this together, it weaves a remarkable tapestry for the story of supermassive black holes. Yes, most galaxies have one, and with every merger, burst of central star formation, or absorption of satellite galaxies, the central black hole will only grow. But occasionally, major (or modest) mergers may lead to supermassive black hole mergers, and they can kick the resultant supermassive black hole out of the host galaxy entirely. We’ve seen some evidence for this, but there are plenty of additional signals and consequences that should arise if this is the case.

There should be many galaxies, particularly in the richest regions of galaxy clusters, that house only very small supermassive black holes, or possibly even none at all.

Galaxies like the Milky Way, with very low-mass supermassive black holes for their sizes, might not be on their first supermassive black holes we may have lost an earlier, more massive one some time ago.

And we should have supermassive black holes populating intergalactic space, where they might transit in front of background light sources, causing an effect like gravitational microlensing. Unless something is done to mitigate the effects of satellite pollution, however, this last effect might be practically impossible to detect.

Right now, the only mechanism we know of that could separate supermassive black holes from their host galaxies involve a dual merger — of black hole-black hole mergers alongside a galaxy-galaxy merger — where the final momenta of the resulting black holes and galaxies are sufficiently different from one another.

But to learn how common supermassive black hole ejections are, what fraction of galaxies have lost them, and whether there are other mechanisms for black hole ejection (or not), will require further scientific study. Furthermore, learning how (and whether) supermassive black holes regrow is also a tremendous unknown.

However, one thing is certain, whether we like it or not: not every galaxy always has a supermassive black hole, and no matter how much time it’s spent growing one, a merger with the right properties can always take it away. While it might be tempting to make blanket statements that all galaxies have supermassive black holes, the real Universe, as is so often the case, is full of surprising ways to get even the dirtiest of jobs done.


Stellar Black Hole Is So Massive It Shouldn't Exist

Editor's Note: The findings of this study have been called into question because of a potential error in the analysis of starlight from the companion star. That error would mean the black hole is about the size of our sun, rather than 70 times the mass of our sun.

A gigantic stellar 블랙홀 15,000 light-years from Earth is twice as massive as what researchers thought was possible in our own galaxy.

The black hole is 70 times more massive than the sun, the scientists wrote in a new study. Previously, scientists thought the mass of a stellar black hole, formed from the gravitational collapse of massive stars, couldn't exceed 30 times that of the sun.

"We thought that very massive stars with the chemical composition typical of our galaxy must shed most of their gas in powerful stellar winds as they approach the end of their life," lead study author Jifeng Liu, deputy director-general of the Chinese Academy of Sciences' National Astronomical Observatories, 성명에서 말했다. "Therefore, they should not leave behind such a massive remnant."

It is thought that our Milky Way galaxy contains some 100 million stellar black holes, yet scientists have discovered only about two dozen of them, according to the statement. That's because, until a couple of years ago, the only way scientists could discover these giant beasts was by detecting the X-rays they emitted while they chomped away at their stellar companions. But most black holes in our galaxy don't have much of an appetite and thus don't release X-rays, the researchers explained in the statement.

So Liu and his team turned to another method: They scanned the skies with China's Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope. Using this telescope, they searched for stars that orbit seemingly invisible objects, held on tight by the object's gravity. That's how the researchers came across one star 15,000 light-years away that was dancing around nothing &mdash but was held in an orbit by something that could only be a black hole, they wrote.

After finding the star, which they named LB-1, the researchers used two huge optical telescopes &mdash the Gran Telescopio Canarias in La Palma, Spain, and the Keck I telescope in Hawaii &mdash to determine the mass of the star and its black hole companion. They found that the star was eight times more massive than the sun and orbited a black hole 70 times more massive than the sun. The star orbited the black hole every 79 days, the researchers reported.

The black hole "is twice as massive as what we thought possible," Liu said in the statement. "Now, theorists will have to take up the challenge of explaining its formation." Recently, astronomers have been challenged by discoveries that point to the existence of black holes that are more massive than experts thought was possible. For example, the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) and Virgo gravitational-wave detectors have spotted ripples in space-time caused by the collision of black holes in distant galaxies, and these black holes are more massive than expected, according to the statement.

"This discovery forces us to re-examine our models of how stellar-mass black holes form," LIGO director and University of Florida professor David Reitze, who was not involved in the study, said in the statement. "This remarkable result, along with the LIGO-Virgo detections of binary black hole collisions during the past four years, really points towards a renaissance in our understanding of black hole astrophysics."

The findings were published Nov. 27 in the journal 자연.

A gigantic black hole 15,000 light-years from our planet is twice as massive as what researchers thought was possible in our own galaxy.

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Scientists generally believe that there are two types of black holes.

The more common stellar black holes - up to 20 times more massive than the Sun - form when the centre of a very big star collapses in on itself.

In my opinion, per the alternative perspective provided by the 'The Evolutioning of Creation: Volume 2', what is missing is an understanding of matter as a whole. To my way of thinking, 'whole matter' is conglomeration of ordinary matter and dark matter. So scientists have to stop thinking of dark matter as being distinguishable from ordinary matter. Wherein the creation of matter as a whole induces a complementary displacement, or warping in the dark energy medium of the space-time fabric, its promulgation is interdependent on its insistence and persistence. For within this warping, there is yet another perturbation in the whole matter created an almost indistinguishable dual relationship of newly created positive density matter in an envelopment of negative density matter. This complementary displacement insulates the newly created positive density matter in an envelopment of negative density matter. This envelope of negative density matter, known as dark matter, then infiltrates the spaces in matter, providing it with the ability to interact, bond, and evolve. Indeed it would require much more dark matter to fill the spaces among ordinary matter down to its smallest constituent parts.

Rather consider that dark matter is what engenders the force of gravity for ordinary matter to bond, then the accretion and accumulation of ordinary matter is just the resultant consequence of this force. In which case it can be interpreted, that dark matter is responsible for density of ordinary matter in a whole matter perspective. Such is it that gravitational lensing is representative of this relationship as well. Where one assumes the relative density of ordinary matter as an influence in the gravitational distortion of the spacetime fabric, it is really the dark matter envelopment of the ordinary matter that is in play here. The visibility and complexion of ordinary matter is just a result of this whole matter interaction.

Still if we are to agree with the expectation of dark matter to meet the expectation of its contribution in the scheme of the total mass-energy density in the universe, then one must consider that there is an excess of dark matter outside of the whole matter conglomeration. So for dark matter to meet the expectation of its contribution in the scheme of the total mass-energy density in the universe. So where the universe's total energy is broken down to as 68% dark energy, 27% mass-energy via dark matter, and 5% mass-energy via ordinary matter, the percentage of energy distribution suggests a differing evolutionary purpose for dark matter. As suggested of these hypothetical particles, dark matter is theorized to account for the missing gravitational energy required to keep galaxies from flying apart. If dark matter is to truly account for 85% of the missing matter required to account for the missing gravitational energy, then dark matter must pervade every space between ordinary matter. Like the hypothetical graviton, dark matter density mirrors that of ordinary matter density in effect, negative mass density and positive mass density. And even though ordinary matter (positive mass density) reveals its coherency in particle form upon detection, dark matter (negative mass density) does not.

In which case it would then follow that dark matter can be accumulated, separate of ordinary matter. It would therefore also follow that the gravitational force is more representative of negative density mass than positive density mass. Therefore it would not be a great leap of imagination to view the notion of black holes as made up only of dark matter. Example: Upon this hypothesis then, one can expect that there is a require transition to separate ordinary matter from its complementary dark matter. It starts first with the disintegration of matter, as a whole, as it interacts with the event horizon of the black hole. As the positive density mass is 'squeezed' upon its own gravitational acceleration toward the black hole, liken to the spaghettification effect, its matter changes to allow for its disintegration via transmutation and the massive release of photons due to alpha decay and beta decay. This is the effect wherein positive density mass is collected within the event horizon, into a plasma, increasing its photon density. This 'squeezing' effect is like extracting out the dark matter from the whole matter, allowing for the ordinary matter to be reduced to its smallest constituent components. The dark matter is then absorbed into the black hole, and the remnants of ordinary matter are discarded and radiated out at high velocity back into the cosmos to start, once again, to reintegrated into the universe via bonding and evolving.

Sensationalized headline misleads the average lay person that this new black hole discovery somehow purports a century of scientific foundation. It could not be further from the truth. The truth is that whatever we imagine as the limits of our knowledge, only limits our ability to accept the next fantastic discovery. While the detected gravitational signals have been analyzed as the effects of a gigantic merger of two black holes, there may be other explanations yet to be revealed.

The problem with the expectation that black holes must be a certain size has its foundation in the expectation of it being a positive density mass gravitational singularity, in accordance with the Schwartzchild radius calculations. However if we apply the understanding of a black hole as being a negative density mass gravitational well, the size is of no consequence because dark matter is expected to be more energy dense than ordinary matter.

Indeed while there continue to be discoveries, or evidence thereof, of extraordinarily large black holes or considered larger than normal galaxies as seen from billions of years ago, or even unto what we have concluded as our limit as proposed of the expected Big Bang, scientist do not still have a definitive perspective of what that means for cosmogony. The Big Bang is more representative of our theory for an inflationary universe, than it is for how our universe began its reverse engineering.

That is not to say the existing presentation of collective theories is not safely ensconced in the scientific method. We just shouldn't limit ourselves when opening up new paths of thought. While we let the math guide us, we should still be open to greater possibilities within the unobservable universe.

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비디오보기: 우주 다큐: 우리 은하의 진짜 모습 EP 006 - 미노스 (팔월 2022).