I rymden, svarta hål visas i olika storlekar och massor. Rekordet hålls nu av ett exemplar i Abell 85-klustret av galaxer, där ett ultramassivt svart hål med 40 miljarder gånger vår sols massa sitter i mitten av den centrala galaxen Holm 15A. Astronomer vid Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics och University Observatory München upptäckte detta genom att utvärdera fotometriska data från Wendelstein Observatory samt nya spektralobservationer med Very Large Telescope.

Även om den centrala galaxen i klustret Abell 85 har den enorma synliga massan på cirka 2 biljoner (10 ¹² ) solmassor i stjärnor, galaxens mitt är extremt diffust och svagt. Det är därför en gemensam grupp astronomer vid Max Planck-institutet för utomjordisk fysik (MPE) och universitetsobservatoriet München (USM) blev intresserade av galaxen. Denna centrala diffusa region i galaxen är nästan lika stor som det stora magellanska molnet, och detta var en misstänkt ledtråd för närvaron av ett svart hål med en mycket hög massa.

Abell 85 galaxkluster, som består av mer än 500 individuella galaxer, ligger på ett avstånd av 700 miljoner ljusår från jorden, två gånger avståndet för tidigare direkta svarta håls massmätningar. "Det finns bara några dussin direkta massmätningar av supermassiva svarta hål, och aldrig tidigare har det försökts på ett sådant avstånd, " förklarar MPE-forskaren Jens Thomas, som ledde studien. "Men vi hade redan en aning om storleken på det svarta hålet i denna speciella galax, så vi provade det."

De nya data som erhölls vid USM Wendelstein-observatoriet vid Ludwig-Maximilians-Universitetet och med MUSE-instrumentet vid VLT gjorde det möjligt för teamet att utföra en massuppskattning baserad direkt på stjärnrörelserna runt galaxens kärna. Med en massa på 40 miljarder solmassor, detta är det mest massiva svarta hålet som är känt idag i lokaluniversumet. "Detta är flera gånger större än förväntat från indirekta mätningar, såsom stjärnmassan eller hastighetsspridningen av galaxen, " säger Roberto Saglia, senior vetenskapsman MPE och lektor vid LMU.

Galaxens ljusprofil visar ett centrum med extremt låg och mycket diffus ytljusstyrka, mycket svagare än i andra elliptiska galaxer. "Ljusprofilen i den inre kärnan är också mycket platt, " förklarar USM doktorand Kianusch Mehrgan, vem som utförde dataanalysen. "Detta betyder att de flesta av stjärnorna i centrum måste ha blivit utvisade på grund av interaktioner i tidigare sammanslagningar."

Enligt den allmänt accepterade uppfattningen, kärnorna i sådana massiva elliptiska galaxer bildas via så kallad "core scouring":I en sammanslagning mellan två galaxer kommer gravitationsinteraktionerna mellan deras sammansmältning, centrala svarta hål leder till gravitationella slangbellor som skjuter ut stjärnor på övervägande radiella banor från mitten av den kvarvarande galaxen. Om det inte finns någon gas kvar i mitten för att bilda nya stjärnor – som i yngre galaxer – leder detta till en utarmad kärna.

"Den senaste generationen datorsimuleringar av galaxsammanslagningar gav oss förutsägelser som verkligen matchar de observerade egenskaperna ganska bra, säger Jens Thomas, som också tillhandahållit de dynamiska modellerna. "Dessa simuleringar inkluderar interaktioner mellan stjärnor och ett svart hål binärt, men den avgörande ingrediensen är två elliptiska galaxer som redan har utarmade kärnor. Detta betyder att formen på ljusprofilen och stjärnornas banor innehåller värdefull arkeologisk information om de specifika omständigheterna för kärnbildning i denna galax - såväl som andra mycket massiva galaxer."

Dock, även med denna ovanliga sammansmältningshistoria, forskarna kunde etablera en ny och robust relation mellan det svarta hålets massa och galaxens ytljusstyrka:Med varje sammanslagning får det svarta hålet massa och galaxens centrum förlorar stjärnor. Astronomer skulle kunna använda denna relation för uppskattningar av svarta håls massa i mer avlägsna galaxer, där direkta mätningar av stjärnrörelserna tillräckligt nära det svarta hålet inte är möjliga.