Черната дупка в Holm 15A: рекордна маса от 40 милиарда слънца и проверката ѝ след това

През 2019 г. екип от Института „Макс Планк“ за извънземна физика в Гархинг, с водещ автор Kianusch Mehrgan и сред авторите Jens Thomas, съобщи за свръхмасивна черна дупка в центъра на галактиката Holm 15A. Масата ѝ е (4,0 ± 0,8) × 10¹⁰ слънчеви маси, т.е. около 40 милиарда. Статията в The Astrophysical Journal я нарича „най-масивната черна дупка с пряко динамично откриване в близката Вселена“. През 2025 г. друг екип измери същата галактика отново и получи почти два пъти по-малко.

Къде е и какво я прави особена

Holm 15A е най-ярката галактика на галактичния куп Abell 85. Червеното ѝ отместване е z = 0,055, а разстоянието на светимостта в модела на авторите е 252,8 мегапарсека. Галактиката е много светла (абсолютна величина във V-лъчи −24,8) и има звездна маса поне 2 × 10¹² слънчеви маси. Дисперсията на скоростите на звездите е около 350 км/с.

Необичайното е центърът. Там яркостта е около две звездни величини по-ниска от най-слабото „ядро“ на всяка друга елиптична галактика, моделирана до днес в подробности. Ядро, т.е. размита вътрешна област, имат най-големите елиптични галактики. Смята се, че се получава, когато две галактики се слеят и двойка черни дупки изхвърля звездите наоколо. Размерът на ядрото на Holm 15A е 3–5 килопарсека, а колкото по-голямо е ядрото, толкова по-масивна се очаква да е черната дупка.

Как измериха масата

Черната дупка не се вижда. Масата ѝ се определя по движението на звездите. Екипът ползва спектрографа MUSE на Много големия телескоп (VLT) на ESO в Чили: наблюденията са от 16 ноември 2017 г. и 10 август 2018 г., в три блока по две експозиции от 1200 секунди, върху поле от около 1′ × 1′. От спектрите излиза как се движат звездите в различните части на галактиката.

После идва моделирането. Орбитните модели на Шварцшилд построяват множество възможни звездни орбити в гравитационното поле на звездите, тъмната материя и черната дупка. Масата на дупката е параметърът, при който орбитите най-добре възпроизвеждат наблюдаваните скорости. За разпределението на светлината в галактиката екипът използва и изображение от обсерваторията Венделщайн. Моделите бяха осесиметрични, т.е. приемаха, че галактиката има ос на въртелива симетрия.

За сравнение: за NGC 4889 в куп Кома авторите посочват 2,1 × 10¹⁰, а за NGC 1600 – 1,7 × 10¹⁰ слънчеви маси. Черната дупка в Holm 15A е около два пъти по-голяма от тях и според авторите е от четири до девет пъти по-голяма от очакваната за звездната маса и скоростта на звездите. Те я свързват със сливане на две галактики с вече изчистени ядра. По думите им такива условия вероятно са редки.

Още по-големи стойности бяха публикувани и преди, но по непреки оценки: ScienceAlert съобщава за стойности до 310 милиарда слънчеви маси, получени от динамиката на галактиката и купа.

Какво показа проверката през 2025 г.

Екип с водещ автор Emily Liepold (с Chung-Pei Ma и Jonelle Walsh) наблюдава Holm 15A със спектрографа KCWI на телескопа Keck II. Полето е около 100″ × 100″, много по-голямо от това на MUSE. Полето на скоростите показва слабо въртене, около 20 км/с, по ос, която не съвпада с главната ос на светещата форма. Авторите виждат в това знак, че галактиката е триосна, т.е. с три неравни оси. С триосния код на Шварцшилд TriOS, около 2500 ограничения от наблюденията и около 40 000 модела те получиха (2,16 +0,23/−0,18) × 10¹⁰ слънчеви маси. Осесиметричен вариант на същия код дава (2,55 ± 0,20) × 10¹⁰, по-лошо съгласие с данните, но също далеч под 4,0 × 10¹⁰. Работата е приета в The Astrophysical Journal.

Разликата не е напълно обяснена. Според статията допускането за осева симетрия води само до около 18 % надценка. Шаблоните на звездните спектри, настройките на подгонката и методът за скоростните разпределения са проверени и отхвърлени като причина. Остават разликите в данните: MUSE покрива централните 60″ × 60″, а средната дисперсия на скоростите между 5″ и 30″ е 339 км/с в MUSE срещу 295 км/с в KCWI. Авторите отбелязват, че в спектрите на MUSE доминира само една линия (Mg i b), и затова още тестове с тях биха били полезни.

Дори новата стойност поставя Holm 15A сред най-масивните известни дупки в близката Вселена, заедно с NGC 4889.

Какво още не знаем

Двете измервания на Holm 15A не съвпадат и в статията от 2025 г. разликата остава неизяснена. Рекордите се сменят и по друг начин. През 2023 г. Nightingale и колеги получиха за Abell 1201 стойност (3,27 ± 2,12) × 10¹⁰ слънчеви маси чрез гравитационна леща; посочената грешка е доверителната граница 3σ. През 2025 г. екип с водещ автор Carlos Melo-Carneiro съобщи 5σ откриване на дупка с log₁₀(M/M☉) = 10,56 в галактиката „Космическа подкова“ (z = 0,44), т.е. около 36 милиарда слънчеви маси. Съавторът проф. Thomas Collett от Портсмутския университет каза пред Кралското астрономическо дружество, че тя е сред десетте най-масивни откривани черни дупки и „напълно възможно най-масивната“. Той добави, че повечето други измервания са непреки и с големи неопределености, затова не се знае със сигурност коя е най-голямата.

Случаят с Holm 15A показва, че и пряко динамично измерване зависи от допускания за формата на галактиката и от обхвата на данните.