Nello spazio, i buchi neri appaiono in diverse dimensioni e masse. Il record è ora detenuto da un esemplare nell'ammasso di galassie Abell 85, dove un buco nero ultra-massiccio con 40 miliardi di volte la massa del nostro sole si trova nel mezzo della galassia centrale Holm 15A. Gli astronomi dell'Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre e dell'Osservatorio universitario di Monaco lo hanno scoperto valutando i dati fotometrici dell'Osservatorio Wendelstein e nuove osservazioni spettrali con il Very Large Telescope.

Anche se la galassia centrale dell'ammasso Abell 85 ha l'enorme massa visibile di circa 2 trilioni (10 ¹² ) masse solari nelle stelle, il centro della galassia è estremamente diffuso e debole. Questo è il motivo per cui un gruppo congiunto di astronomi dell'Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre (MPE) e dell'Osservatorio universitario di Monaco (USM) si è interessato alla galassia. Questa regione diffusa centrale nella galassia è grande quasi quanto la Grande Nube di Magellano, e questo era un indizio sospetto per la presenza di un buco nero con una massa molto elevata.

L'ammasso di galassie Abell 85, che consiste di più di 500 singole galassie, è a una distanza di 700 milioni di anni luce dalla Terra, il doppio della distanza per le precedenti misurazioni dirette della massa del buco nero. "Ci sono solo poche dozzine di misurazioni di massa dirette di buchi neri supermassicci, e mai prima d'ora è stato tentato a tale distanza, " spiega lo scienziato MPE Jens Thomas, che ha condotto lo studio. "Ma avevamo già un'idea delle dimensioni del buco nero in questa particolare galassia, così ci abbiamo provato".

I nuovi dati ottenuti presso l'osservatorio USM Wendelstein dell'Università Ludwig-Maximilians e con lo strumento MUSE al VLT hanno permesso al team di eseguire una stima della massa basata direttamente sui moti stellari attorno al nucleo della galassia. Con una massa di 40 miliardi di masse solari, questo è il buco nero più massiccio conosciuto oggi nell'universo locale. "Questo è molte volte più grande del previsto dalle misurazioni indirette, come la massa stellare o la dispersione di velocità della galassia, "dice Roberto Saglia, scienziato senior MPE e docente presso la LMU.

Il profilo luminoso della galassia mostra un centro con una luminosità superficiale estremamente bassa e molto diffusa, molto più debole che in altre galassie ellittiche. "Anche il profilo leggero nel nucleo interno è molto piatto, " spiega il dottorando USM Kianusch Mehrgan, che ha eseguito l'analisi dei dati. "Ciò significa che la maggior parte delle stelle al centro deve essere stata espulsa a causa di interazioni nelle precedenti fusioni".

Nella visione comunemente accettata, i nuclei in tali galassie ellittiche massicce si formano tramite il cosiddetto "core purga":in una fusione tra due galassie le interazioni gravitazionali tra la loro fusione, i buchi neri centrali portano a fionde gravitazionali che espellono stelle su orbite prevalentemente radiali dal centro della galassia residua. Se non c'è più gas al centro per formare nuove stelle, come nelle galassie più giovani, questo porta a un nucleo impoverito.

"La più recente generazione di simulazioni al computer di fusioni di galassie ci ha fornito previsioni che in effetti corrispondono piuttosto bene alle proprietà osservate, " afferma Jens Thomas, che ha fornito anche i modelli dinamici. "Queste simulazioni includono interazioni tra stelle e una binaria di buchi neri, ma l'ingrediente cruciale sono due galassie ellittiche che hanno già un nucleo impoverito. Ciò significa che la forma del profilo luminoso e le traiettorie delle stelle contengono preziose informazioni archeologiche sulle circostanze specifiche della formazione del nucleo in questa galassia, così come su altre galassie molto massicce".

Però, anche con questa insolita storia di fusione, gli scienziati potrebbero stabilire una nuova e solida relazione tra la massa del buco nero e la luminosità della superficie della galassia:ad ogni fusione il buco nero guadagna massa e il centro della galassia perde stelle. Gli astronomi potrebbero usare questa relazione per le stime della massa dei buchi neri nelle galassie più distanti, dove non sono possibili misurazioni dirette dei moti stellari abbastanza vicino al buco nero.