Astronomie

Combien de masses solaires représente le trou noir central de la galaxie Whirlpool ?

Combien de masses solaires représente le trou noir central de la galaxie Whirlpool ?


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J'ai du mal à trouver la masse du trou noir central dans le Whirlpool Galaxy M51a/NGC5194, il est indiqué que sa galaxie compagne NGC5195 a un trou noir supermassif en son centre qui est de 19 millions de masses solaires mais je ne trouve pas de détails sur le trou noir central de la galaxie Whirlpool, sa masse est-elle connue ?


Ce n'est pas bien connu, mais un article de M. Brightman et al donne une valeur de $10^{6.3pm0.4}$ soit entre 8 cent mille et 5 millions de masses solaires, tout en notant que cette estimation est inférieure aux estimations précédentes qui avaient $10^{6.95}$ soit environ 9 millions de masses.

Il semble que, bien que la galaxie soit face à nous, son trou noir est vu depuis le bord. Cela signifie que le trou noir lui-même est caché derrière un tore de poussière et de gaz relativement froids. [ESA] qui est visible comme une traînée sombre dans l'image de la partie centrale de la galaxie

Il y a beaucoup de choses que nous ne comprenons pas sur le trou noir M51a. Elle est active, mais pas aussi active qu'on pourrait s'y attendre, étant donné l'interaction entre les deux galaxies dans M51. Il y a une deuxième traînée sombre faisant un "X" dont la cause est inconnue, et, comme suggéré par les larges marges d'erreur ci-dessus, la masse du trou noir n'est pas bien contrainte.


  1. La galaxie Whirlpool a un rayon de 30 000 années-lumière. Cela la rend très similaire en taille à la galaxie Black Eye et légèrement plus petite que notre galaxie, la Voie lactée.
  2. Il fait partie du groupe M52 - c'est la plus grande galaxie de ce groupe, qui comprend également la galaxie du Tournesol.
  3. Il y a environ 23 millions d'années-lumière entre la galaxie Whirlpool et notre planète, la Terre.
  4. La masse de la galaxie Whirlpool est estimée à 160 millions de M☉ (160 millions de masses solaires).
  5. Vous verrez souvent la galaxie Whirlpool appelée M51a. M52b est en fait une autre petite galaxie compagnon de la galaxie Whirlpool appelée NGC 5195 – c'est la raison pour laquelle les bras de la galaxie Whirlpool sont déformés.
  6. Ces deux galaxies sont en fait reliées par un pont de marée fait de poussière.
  7. La grande structure en spirale de cette galaxie est probablement le résultat de sa relation étroite avec NGC 5195. Nous pensons que cela a pu avoir un effet sur le volume élevé de production d'étoiles de cette galaxie.
  8. La galaxie Whirlpool a été découverte par l'astronome français Charles Messier en 1781. Il était un proche collaborateur de Pierre Mechain, qui découvrit plus tard la galaxie compagne. Charles a ensuite présenté le Whirlpool dans le catalogue Messier.
  9. Elle a également un trou noir supermassif au centre de sa spirale, comme la plupart des autres grandes galaxies.
  10. Cette galaxie est en fait située dans la constellation de Canes Venatici, ce qui signifie qu'elle est assez facile à localiser dans le ciel.
  11. La galaxie Whirlpool a un taux de formation d'étoiles très rapide. Cela est dû à sa collision avec une galaxie plus petite, qui a essentiellement fusionné les deux.

Quel type de galaxie est la galaxie Whirlpool ?

Comme vous l'avez probablement deviné par son apparence, la galaxie Whirlpool est en fait un type de galaxie spirale. C'était en fait la première galaxie à être identifiée comme un type spirale, donc aux yeux de nombreux astronomes, c'est le meilleur exemple d'une galaxie spirale à grand design.

Qui a découvert la galaxie Whirlpool ?

La plupart des gens attribuent à Messier la découverte de la galaxie Whirlpool, et il est vrai qu'il a découvert la principale galaxie Whirlpool. Cependant, la galaxie compagnon de Whirlpool a été découverte plus tard par l'astronome français Pierre Mechain, qui a envoyé ses découvertes à Messier. Cependant, ce n'est qu'en 1845 que l'astronome irlandais William Parsons a découvert que le Whirlpool avait une structure en spirale très distincte.

Comment voir la galaxie Whirlpool ?

Si vous essayez de voir la galaxie Whirlpool dans le ciel nocturne, alors votre meilleur pari est de rechercher la constellation Canes Venatici. Elle est située au nord-ouest de la partie principale de la constellation, au-dessus de la galaxie du Tournesol.

Qu'y a-t-il au centre de la galaxie Whirlpool ?

Comme pratiquement toutes les autres grandes galaxies, au centre du tourbillon se trouve un trou noir supermassif. En son centre se trouve une structure de poussière squelettique unique.

La galaxie Whirlpool est-elle plus grande que la Voie lactée ?

Beaucoup de gens se demandent si la galaxie Whirlpool est réellement plus grande que notre propre galaxie, cette Voie Lactée. La réponse est que ce n'est pas en fait moins de la moitié de la taille de notre galaxie (43 % de la taille pour être exact).


Les astronomes prennent la mesure d'un trou noir monstre

À 70 millions d'années-lumière de la Terre se trouve la galaxie quelque peu étrange NGC 1332. Elle se situe quelque part entre les deux principaux types de galaxies, elliptique et spirale. Elle est en forme de disque mais manque de bras spiraux évidents et est assez allongée.

Comme toutes les grandes galaxies, cependant, elle a un trou noir en son centre. Et pas n'importe quel trou noir, mais un supermassif trou noir. La pensée astronomique actuelle est que ces monstres se forment en même temps que la galaxie et affectent la croissance des uns et des autres. Le gaz se déverse au centre de la galaxie en croissance, alimentant le trou noir, et le trou noir émet également un vent féroce qui peut freiner la naissance d'étoiles dans la galaxie.

Lorsque nous regardons une galaxie maintenant, des milliards d'années plus tard, nous voyons des corrélations entre la masse du trou noir et le comportement de la galaxie. Pour cette raison, connaître la masse du trou noir est important pour comprendre comment les galaxies naissent, vieillissent et évoluent.

Mais comment mesurer la masse d'un trou noir ?

Isaac Newton nous aide ici. Les objets proches du trou noir sont en orbite autour de lui, et la vitesse à laquelle ils se déplacent (ainsi que leur distance par rapport à lui) révèle la force de la gravité du trou noir. Cela à son tour, comme Newton l'a souligné il y a 400 ans, dépend de la masse qui tire.

Ce n'est pas si simple, bien sûr ! Mais cela peut être fait, et possède été fait. Une caméra sur laquelle j'ai travaillé pour Hubble, appelée STIS, a été conçue en partie pour pouvoir faire ce genre de mesures.

Pour NGC 1332, diverses méthodes ont été utilisées, notamment la mesure des vitesses d'étoiles proches du centre de la galaxie (et donc proches du trou noir) et l'observation des gaz chauds entourant la galaxie. Ces méthodes présentent cependant quelques problèmes et peuvent présenter de grandes incertitudes.

Cependant, un nouveau télescope a été mis en ligne récemment et a quelque chose à dire à ce sujet. ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, est une collection de grands télescopes très sensibles qui détectent la lumière bien en dehors de l'énergie que nos yeux peuvent voir, entre l'infrarouge et les ondes radio. Les gaz et poussières très froids émettent de la lumière dans cette plage, et c'est là qu'ALMA entre en jeu.

A. Barth (UC Irvine), ALMA (NRAO/ESO/NAOJ) NASA/ESA Hubble Carnegie-Irvine Galaxy Survey

De nombreux trous noirs sont entourés d'énormes disques de poussière tourbillonnants. Celles-ci peuvent avoir plusieurs centaines d'années-lumière de diamètre, le tout se déplaçant à grande vitesse autour du trou noir supermassif. Même s'ils sont grands, à 70 millions d'années-lumière, ils semblent petits et difficiles à voir. ALMA, cependant, a terrifiant vision, capable de résoudre le disque jusqu'à une douzaine d'années-lumière du trou noir central.

C'est important. À plus de 75 années-lumière du trou noir, la gravité des étoiles dans la région centrale de la galaxie commence à dominer environ 10 milliard les étoiles existent dans les 750 années-lumière centrales. Donc, plus vous êtes proche du trou noir, moins les étoiles ont d'effet sur le trou.

La mesure de la vitesse de rotation du disque dépend de la mesure de l'effet Doppler : la partie du disque tournant autour du trou noir et se dirigeant vers nous voit sa lumière décalée vers le bleu (la longueur d'onde est comprimée) tandis que le côté qui s'éloigne de nous est décalé vers le rouge (les longueurs d'onde s'allongent ). ALMA peut mesurer ces déplacements tout au long du disque, mesurant ainsi sa vitesse à différentes distances du trou noir.

En modélisant soigneusement les effets gravitationnels des étoiles et du trou noir et en les appliquant à leurs observations, les astronomes utilisant ALMA ont déterminé que le trou noir a une masse de—j'espère que vous êtes assis—660 millions fois la masse du Soleil.

Au fur et à mesure que les trous noirs supermassifs disparaissent, c'est assez supermassif. On en a trouvé quelques-uns qui sont encore plus gros, mais 660 millions de masses solaires, c'est assez gros. Le trou noir central de la Voie lactée a une masse de seulement (!) environ 4 millions de fois la masse du Soleil, à titre de comparaison. Donc celui de NGC 1332 est beaucoup plus lourd que le nôtre.

La bonne nouvelle est que cette masse correspond à ce qui a été trouvé pour cette galaxie en utilisant les autres méthodes indépendantes. Cela nous donne confiance que la réponse est correcte. Et l'incertitude dans les mesures ALMA est assez bonne, seulement environ ±10 pour cent, meilleure que la plupart des autres mesures.

Et cela signifie que nous avons encore un autre outil dans notre kit pour mesurer les masses de ces monstres. Pour mettre cela en contexte, les observations d'ALMA ne sont pas une découverte révolutionnaire, mais elles sont tout aussi importantes : une nouvelle façon de sonder des objets cosmiques distants. ALMA peut effectuer des observations similaires sur d'autres galaxies, en construisant un recensement des masses de trous noirs, qui peut être combiné avec toutes nos autres connaissances pour nous aider à mieux comprendre la vie des galaxies.

Les galaxies sont à bien des égards les éléments constitutifs de l'Univers, et il se trouve que nous vivons dans un, donc je suis tout à fait pour mieux les comprendre. Tout ce que nous apprenons de cette manière est une pièce du puzzle et ajoute à l'image que nous construisons de l'Univers.


Messier 51 : Galaxie Tourbillon

Messier 51 (M51), mieux connue sous le nom de galaxie Whirlpool, est une célèbre galaxie spirale de grand design située dans la constellation de Canes Venatici. La galaxie Whirlpool a une magnitude apparente de 8,4 et se trouve à une distance approximative de 23 millions d'années-lumière de la Terre. Il porte la désignation NGC 5194 dans le Nouveau Catalogue Général.

Messier 51 est l'un des objets Messier les plus faciles à trouver, car il se trouve à proximité de l'astérisme de la Grande Ourse. La galaxie est positionnée à seulement 3,5 degrés au sud-ouest d'Alkaid, Eta Ursae Majoris, l'étoile qui marque l'extrémité de la poignée de la Ourse, ou le bout de la queue de la Grande Ourse.

Une ligne imaginaire tirée d'Alkaid en direction de Cor Caroli, l'étoile la plus brillante de Canes Venatici, mène directement à M51.

Dans de bonnes conditions, le Whirlpool Galaxy peut être vu aux jumelles. Il est assez lumineux et apparaît de face, ce qui en fait une cible populaire parmi les astronomes amateurs et les astrophotographes. M51 est également l'exemple le plus brillant d'une galaxie spirale en interaction dans le ciel.

Messier 51 apparaît comme une tache de lumière dans les jumelles 10吮, tandis que les petits télescopes montrent une tache de lumière plus diffuse avec une région centrale brillante. Le noyau lumineux de la galaxie apparaît plus défini dans les instruments de 8 pouces, qui révèlent également le grand halo de la galaxie et un soupçon de couloirs de poussière sombre et de bras spiraux. La petite galaxie compagnon de M51, NGC 5195, est également visible, mais le pont reliant les deux ne peut être détecté que dans des instruments plus gros.

Galaxie tourbillon (M51). Image : NASA et ESA

Les télescopes de 12 pouces et plus révèlent un certain nombre de bandes en spirale et de vastes régions H II, ainsi que la bande de lumière qui relie la galaxie Whirlpool à son plus petit voisin. La meilleure période de l'année pour observer M51 est les mois de mars, avril et mai.

Première esquisse d'une spirale « nébuleuse » (c'est-à-dire une galaxie), telle que publiée en 1850 par Lord Rosse. Image : William Parsons, Observations on the Nebulae, Philosophical Transactions of the Royal Society, 140, 499-514 (1850)

La galaxie Whirlpool est également connue sous le nom de galaxie de point d'interrogation ou galaxie de Rosse, d'après William Parsons, 3e comte de Rosse, qui fut le premier à reconnaître la nature spirale de cette « nébuleuse » en 1845.

Lord Rosse a utilisé son réflecteur de 72 pouces au château de Birr en Irlande pour observer M51 lorsqu'il a fait la découverte. Il a également fait une peinture très précise de la nébuleuse en spirale et, pour cette raison, la galaxie est parfois connue sous le nom de point d'interrogation de Lord Rosse.

Ce n'est que dans les années 1920, quand Edwin Hubble a prouvé que les « nébuleuses spirales » étaient en fait des galaxies lointaines, que Whirlpool et d'autres objets de ce type étaient reconnus comme des galaxies indépendantes et non comme des nébuleuses à l'intérieur de la Voie lactée.

La galaxie Whirlpool est le membre le plus brillant du groupe M51, un groupe de galaxies relativement petit qui comprend également la célèbre galaxie du tournesol (M63) et les spirales latérales plus faibles NGC 5023 et NGC 5229.

Messier 51 est classé comme une galaxie Seyfert 2, une galaxie active avec un noyau de type quasar, une luminosité de surface très élevée et un noyau brillant caractéristique, qui apparaît particulièrement brillant aux longueurs d'onde infrarouges.

La galaxie Whirlpool interagit avec un compagnon plus petit, NGC 5195 (Messier 51b), une galaxie naine reliée à sa plus grande voisine par un pont de marée de poussière. Le pont est visible sur les images de la paire silhouettée contre la région centrale de la plus petite galaxie.

L'interaction de marée avec NGC 5195, qui n'a été découverte qu'avec l'avènement de la radioastronomie, a considérablement amélioré la structure en spirale de la galaxie Whirlpool. Les astronomes pensent que cela déclenche également des vagues de formation de nouvelles étoiles. L'interaction conduit à la compression de l'hydrogène gazeux qui, à son tour, conduit à la formation de pépinières stellaires. Les deux galaxies finiront par fusionner, mais il faudra encore quelques passages pour que la fusion soit complète.

Supernova SN2005cs dans M51. Image : David Mulheims

Trois supernovae ont été observées dans M51 à ce jour : SN 1994I (type Ic) en avril 1994, SN 2005cs (type II) en juin 2005, et SN 2011dh le 31 mai 2011.

La dernière d'entre elles était une supernova de type II de magnitude 14,2 et elle a aidé les astronomes à estimer la distance à la galaxie à 23 millions d'années-lumière.

Une supernova a également été observée dans NGC 5195 le 8 avril 1945. Désignée SN 1945A, elle a atteint la 14e magnitude.

Les événements de supernova ont également aidé les scientifiques à estimer le diamètre angulaire de la galaxie Whirlpool à 11,2 minutes d'arc et le rayon spatial de son disque circulaire brillant à environ 43 000 années-lumière.

Messier 51 fait environ 35% de la taille de notre propre galaxie, la Voie lactée, et a une masse estimée à 160 milliards de masses solaires.

Traverser

On pense que la galaxie Whirlpool contient un trou noir central entouré d'un anneau de poussière. Un autre anneau croise le premier sur un axe différent, donnant l'apparence d'une croix au noyau de la galaxie.

Le noyau de la galaxie Whirlpool (M51). L'emplacement du trou noir au centre de la galaxie. La croix a d'abord été interprétée comme deux anneaux de poussière encerclant le noyau. Il a ensuite été déterminé qu'il s'agissait simplement de pistes de poussière de premier plan silhouettées par le noyau actif. On peut voir des cônes d'ionisation brillants s'étendre perpendiculairement à la plus grande caractéristique de poussière. Image : NASA

Le X sombre marque l'emplacement exact du trou noir central de la galaxie. La région centrale montre actuellement des preuves d'une augmentation de la formation d'étoiles, qui ne durera pas plus de 100 millions d'années au rythme actuel.

Le compagnon de la galaxie Whirlpool, NGC 5195, aurait traversé le disque principal de M51 il y a environ 500 à 600 millions d'années, ce qui a permis à la plus grande galaxie de développer une structure en spirale très prononcée.

La plus petite galaxie est probablement venue de l'arrière, a traversé le disque de la plus grande galaxie, puis a traversé à nouveau le disque il y a environ 50 à 100 millions d'années. Maintenant, NGC 5195 semble être légèrement derrière la galaxie Whirlpool de notre point de vue.

Messier 51 contient un nombre considérable de sources de rayons X, qui sont pour la plupart des binaires de rayons X, des systèmes constitués de deux objets – une étoile à neutrons ou un trou noir et une étoile compagne en orbite – avec le premier objet capturant la matière de la compagne.

Le matériau volé est accéléré par le fort champ gravitationnel de l'étoile compacte ou du trou noir et chauffé à des températures extrêmement élevées, produisant une source de rayons X très lumineuse.

Au moins 10 des binaires à rayons X découverts dans M51 sont suffisamment brillants pour contenir des trous noirs et la plupart de ces trous noirs volent probablement de la matière à des étoiles considérablement plus massives que le Soleil.

Une étude de la galaxie Whirlpool a révélé près de 500 sources de rayons X. On pense qu'environ 400 d'entre eux se trouvent dans la galaxie, tandis que les autres sont soit devant M51, soit derrière.

Les données de rayons X de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA révèlent des sources ponctuelles (violet) qui sont des trous noirs et des étoiles à neutrons dans des systèmes d'étoiles binaires. Chandra détecte également une lueur diffuse de gaz chaud qui imprègne l'espace entre les étoiles. Les données optiques du télescope spatial Hubble (vert) et l'émission infrarouge du télescope spatial Spitzer (rouge) mettent toutes deux en évidence de longues voies dans les bras spiraux qui se composent d'étoiles et de gaz mêlés de poussière. Image : NASA/CXC/Wesleyan Univ./R.Kilgard et al NASA/JPL-Caltech

La galaxie Whirlpool est l'une des découvertes originales de Charles Messier. Messier a observé l'objet pour la première fois le 13 octobre 1773. En janvier 1774, il a offert la description suivante :

Nébuleuse très faible, sans étoiles, près de l'œil du Lévrier du Nord [chien de chasse], au-dessous de l'étoile Eta de 2e grandeur de la queue de la Grande Ourse : M. Messier a découvert cette nébuleuse le 13 octobre 1773, alors qu'il observait la comète visible à ce moment-là. On ne peut pas voir cette nébuleuse sans difficultés avec un télescope ordinaire de 3,5 pieds [FL] : Près d'elle se trouve une étoile de 8ème magnitude. M. Messier a signalé sa position sur la carte de la comète observée en 1773 et 1774. Mémoires de l'Académie 1774, planche III. Il est double, chacun a un centre lumineux, qui sont séparés 4󈧧”. Les deux “atmosphères” se touchent, l'une est encore plus faible que l'autre. Réobservé plusieurs fois.

La 51e entrée dans le célèbre catalogue de Charles Messier est peut-être la nébuleuse spirale originale - une grande galaxie avec une structure en spirale bien définie également cataloguée sous le nom de NGC 5194. Plus de 60 000 années-lumière de diamètre, les bras spiraux et les voies de poussière de M51 sont clairement balayer devant sa galaxie compagne (en haut), NGC 5195. Les données d'image de la caméra avancée de Hubble pour les levés ont été retraitées pour produire ce portrait alternatif de la célèbre paire de galaxies en interaction. Le traitement a encore affiné les détails et amélioré la couleur et le contraste dans les zones autrement faibles, faisant ressortir les voies de poussière et les ruisseaux étendus qui traversent le petit compagnon, ainsi que les caractéristiques des environs et du noyau de M51 lui-même. La paire est distante d'environ 31 millions d'années-lumière. Non loin dans le ciel de la poignée de la Grande Ourse, ils se trouvent officiellement dans les limites de la petite constellation de Canes Venatici. Image : S. Beckwith (STScI), Hubble Heritage Team, (STScI/AURA), ESA, NASA, Traitement supplémentaire : Robert Gendler

NGC 5195 a été découvert par l'ami et collègue de Messier, Pierre Méchain, le 20 mars 1781. Dans son catalogue de 1781, Messier n'a pas clairement indiqué si l'objet qu'il appelait M51 était simplement la plus grande galaxie ou la galaxie en interaction. paire. En conséquence, la galaxie Whirlpool (NGC 5194) est parfois appelée Messier 51a et la plus petite NGC 5195, Messier 51b.

William Herschel a catalogué l'objet sous le nom de H I.186 le 12 mai 1787, avec la note suivante : “Considérablement brillant. Assez grand. Rond ou peu allongé. Très progressivement plus lumineux vers le milieu. 3′ nord précédant [NO] du 51e du Conscience des Temps [M51].”

John Herschel a catalogué M51 comme h 1622 en avril 1830, notant un "noyau rond très brillant entouré à distance par un anneau nébuleux". Il a ensuite ajouté l'objet au catalogue général sous le nom de GC 3574.

Cette image composite de Hubble montre la lumière visible des étoiles ainsi que la lumière de l'émission d'hydrogène incandescent, qui est associée aux jeunes étoiles les plus lumineuses des bras spiraux.
La galaxie Whirlpool, également connue sous le nom de M51 ou NGC 5194, a une rencontre rapprochée avec une galaxie compagnon proche, NGC 5195, juste à côté du bord supérieur de cette image. L'attraction gravitationnelle du compagnon déclenche la formation d'étoiles dans la galaxie principale, comme on le voit avec des détails brillants par de nombreux amas lumineux d'étoiles jeunes et énergétiques. Les amas brillants sont mis en évidence en rouge par leur émission associée à partir d'hydrogène gazeux incandescent.
Cette image de la caméra planétaire à grand champ 2 permet aux chercheurs de définir clairement la structure à la fois des nuages ​​de poussière froide et de l'hydrogène chaud et de relier les amas individuels à leurs nuages ​​de poussière parents.
Une structure complexe est également observée pour la première fois dans les nuages ​​de poussière. Le long des bras spiraux, des éperons de poussière se ramifient presque perpendiculairement aux bras spiraux principaux. La régularité et le grand nombre de ces caractéristiques suggèrent aux astronomes que les modèles précédents de galaxies spirales "à deux bras" pourraient devoir être revisités. Les nouvelles images révèlent également un disque de poussière dans le noyau, qui pourrait fournir du carburant pour un trou noir nucléaire. Image : NASA et The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

L'amiral William Henry Smyth a observé M51 en septembre 1836 et a offert la description suivante :

Une paire de nébuleuses blanches lucides, chacune avec un noyau apparent, avec leurs nébulosités se chevauchant, comme sous l'influence d'un pouvoir de condensation. Ils sont près de l'oreille d'Asterion, le chien du nord et la plus petite nébuleuse, ou celle du nord, ayant le noyau le plus brillant, a été différenciée par le micromètre de fil, ils sont à 3 degrés au sud-ouest d'Alkaid, où l'endroit est indiqué par une ligne de Dubhe à Megrez , s'étendait sur près de deux fois cette distance dans le sud-est au-delà. Il y a trois étoiles télescopiques qui suivent, et une brillante 7ème de magnitude à peu près aussi loin qu'elles le sont des nébuleuses, mais la partie précédente du champ est assez claire. Sir John Herschel a donné une belle représentation de cet objet extraordinaire, [fig.] n° 25, dans les illustrations de son Catalogue de 1830.

Ce champ fin a été découvert par Messier en 1772 [en fait 1773], et décrit comme une faible nébuleuse double dont les centres sont distants de 4, mais avec les frontières en contact. L'objet sud est vraiment singulier, ayant un centre lumineux entouré de luminosité, ressemblant à un fantôme de Saturne, avec son anneau en position verticale. Ils forment les n°1622 et 1623 du catalogue de [J.] H.’s, qui qualifie la nébuleuse australe, ou nébuleuse du halo, un objet des plus étonnants, probablement un système similaire au nôtre, le halo représentant la Galaxie. « En supposant, remarque-t-il, qu'il s'agisse d'étoiles, l'apparence qu'elle présenterait à un spectateur placé sur une planète accompagnant l'une d'elles, excentriquement située vers le quart np de la masse centrale, serait exactement semblable à celle de notre Voie lactée, traversant, d'une manière précisément analogue, le firmament des grosses étoiles, dans lequel l'amas central aurait été projeté, et (en raison de sa plus grande distance) paraissant, comme lui, être constitué d'étoiles beaucoup plus plus petits que ceux des autres parties du ciel. Se pourrait-il alors que nous ayons ici un système-frère, ayant une réelle ressemblance physique et une forte analogie de structure avec le nôtre ?

Nous avons alors un objet présentant une démonstration étonnante des énergies incontrôlables de l'OMNIPOTENCE, dont la contemplation oblige la raison et l'admiration à céder à la crainte. Au bord le plus éloigné de la portée télescopique, nous percevons un univers stellaire semblable à celui auquel nous appartenons, dont les vastes amplitudes sont sans aucun doute peuplées d'un nombre incalculable d'êtres perceptifs car ces beaux orbes ne peuvent être considérés comme de simples masses de matière inerte. Et il est intéressant de savoir que, s'il y a existence intelligente, un astronome regardant notre univers lointain, le verra, avec un bon télescope, précisément sous l'aspect latéral que le leur nous présente. Mais après tout que voit-on ? Ce merveilleux univers, le nôtre, et tout ce que l'assistance optique nous a révélé, ne sont peut-être que les aberrations d'un amas immensément plus nombreux. Les millions de soleils que nous percevons ne peuvent pas comprendre l'Univers du Créateur. Il n'y a pas de limites à l'infini et les vues les plus audacieuses de l'aîné Herschel nous plaçaient seulement comme commandant un ken dont le rayon est environ 35 000 fois plus long que la distance de Sirius par rapport à nous. Eh bien, le mourant Laplace pourrait-il expliquer : « Ce que nous savons est peu, ce que nous ne savons pas est immense. »

Halton Arp a inclus le Whirlpool Galaxy comme n ° 85 dans son Catalogue de galaxies particulières, le répertoriant comme “Spirale avec grand compagnon de luminosité de surface élevée.”

LES FAITS

Objet : Galaxie
Type : Spirale
Classe : SA(s)bc pec
Désignations : Messier 51, M51, M51a, NGC 5194, Whirlpool Galaxy, Rosse’s Galaxy, Question Mark Galaxy, PGC 47404, UGC 8493, Arp 85, GC 3572, VV 001a, VV 403, BD+47 2063, IRAS 13277+ 4727, 1RXS J132953.8+471143, TC 827
Caractéristiques : Interagir avec la plus petite galaxie NGC 5195
Constellation : Cannes Venatici
Ascension droite : 13h 29m 52,7s
Déclinaison : +47°11󈧯”
Distance : 23 millions d'années-lumière (7,1 mégaparsecs)
Nombre d'étoiles : > 100 milliards
Magnitude apparente : +8,4
Dimensions apparentes : 11′,2 x 6′,9
Diamètre : 60 000 années-lumière

EMPLACEMENT

Emplacement Messier 51. Image: IAU et magazine Sky & Telescope (Roger Sinnott & Rick Fienberg)

IMAGES

Ces images du télescope spatial Hubble de la NASA montrent deux vues de face radicalement différentes de la galaxie spirale M51, surnommée la galaxie Whirlpool. L'image de gauche, prise en lumière visible, met en évidence les attributs d'une galaxie spirale typique, notamment des bras gracieux et incurvés, des régions de formation d'étoiles roses et des brins bleus brillants d'amas d'étoiles. Dans l'image de droite, la majeure partie de la lumière des étoiles a été supprimée, révélant la structure de poussière squelettique du Whirlpool, comme on le voit dans le proche infrarouge. Cette nouvelle image est la vue la plus nette de la poussière dense dans M51. Les étroites voies de poussière révélées par Hubble reflètent le surnom de la galaxie, la galaxie Whirlpool, comme si elles tourbillonnaient vers le noyau de la galaxie.
Pour cartographier la structure de la poussière de la galaxie, les chercheurs ont collecté la lumière des étoiles de la galaxie en combinant des images prises en lumière visible et proche infrarouge. L'image en lumière visible n'a capturé qu'une partie de la lumière, le reste était obscurci par la poussière. La vue dans le proche infrarouge, cependant, a révélé plus de lumière stellaire car la lumière proche infrarouge pénètre la poussière. Les chercheurs ont ensuite soustrait la quantité totale de lumière stellaire des deux images pour voir la structure de la poussière de la galaxie. La couleur rouge de l'image dans le proche infrarouge trace la poussière, qui est ponctuée par des centaines de minuscules touffes d'étoiles, chacune d'environ 65 années-lumière de large. Ces étoiles n'ont jamais été vues auparavant. Les amas d'étoiles ne peuvent pas être vus en lumière visible car une épaisse poussière les enveloppe. L'image révèle des détails aussi petits que 35 années-lumière de diamètre. Image – infrarouge : NASA, ESA, M. Regan & B. Whitmore (STScI), & R. Chandar (U. Toledo) Optique : NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), & the Hubble Heritage Team (STScI /AURA)

Le télescope spatial Spitzer de la NASA a capturé ces images infrarouges de la galaxie Whirlpool, révélant d'étranges structures comblant les écarts entre les bras spiraux riches en poussière et traçant les populations de poussière, de gaz et d'étoiles dans la galaxie spirale brillante. et son compagnon. L'image Spitzer est un composite à quatre couleurs de lumière invisible, montrant des émissions de longueurs d'onde de 3,6 microns (bleu), 4,5 microns (vert), 5,8 microns (orange) et 8,0 microns (rouge). Ces longueurs d'onde sont environ 10 fois plus longues que celles vues par l'œil humain. L'image en lumière visible provient du télescope de 2,1 m de l'observatoire national de Kitt Peak et a la même orientation et la même taille que l'image infrarouge de Spitzer, mesurant 9,9 sur 13,7 minutes d'arc (vers le nord). Également un composite à quatre couleurs, l'image en lumière visible montre des émissions de 0,4 à 0,7 microns, y compris la caractéristique nébulaire H-alpha (rouge sur l'image).
La lumière vue dans les images provient de sources très différentes. Aux plus courtes longueurs d'onde (dans les bandes visibles, et dans l'infrarouge de 3,6 à 4,5 microns), la lumière provient principalement des étoiles. Cette lumière stellaire s'estompe à des longueurs d'onde plus longues (5,8 à 8,0 microns), où nous voyons la lueur des nuages ​​de poussière interstellaire. Cette poussière se compose principalement d'une variété de molécules organiques à base de carbone connues collectivement sous le nom d'hydrocarbures aromatiques polycycliques. Partout où ces composés se trouvent, il y aura également des granules de poussière et du gaz, qui constituent un réservoir de matières premières pour la future formation d'étoiles.
Le grand nombre de minces filaments d'émission rouge observés dans les données infrarouges entre les bras de la grande galaxie spirale est particulièrement déroutant. Contrairement à la nature globuleuse de l'émission de poussière observée dans les bras eux-mêmes, ces caractéristiques en forme de rayons sont minces et régulières, et répandues dans les interstices sur toute la face de la galaxie.
Le contraste dans les distributions de poussière et d'étoiles entre la spirale et son faible compagnon est également intéressant. Alors que la spirale est riche en poussière, brillante dans les bandes d'ondes infrarouges les plus longues et formant activement de nouvelles étoiles, son compagnon bleu montre peu d'émission infrarouge et abrite une population stellaire plus âgée. On pense que la structure spectaculaire du tourbillon et la formation d'étoiles dans M51 sont déclenchées par une collision en cours avec son compagnon. Comprendre l'impact sur la formation des étoiles par l'interaction des galaxies est l'un des objectifs de ces observations.
Les observations Spitzer de M51 font partie d'un grand projet scientifique de 500 heures, connu sous le nom de Spitzer Infrared Nearby Galaxy Survey, qui étudiera de manière approfondie 75 galaxies proches avec une imagerie infrarouge et une spectroscopie. À partir de ces données, les astronomes sonderont les processus physiques reliant la formation des étoiles aux propriétés des galaxies. Ces informations fourniront une base vitale de données, d'outils de diagnostic et d'entrées astrophysiques pour comprendre l'univers lointain, les galaxies ultralumineuses, ainsi que la formation et l'évolution des galaxies. Image : NASA/JPL-Caltech/R. Kennicutt (Univ. d'Arizona)/DSS

Image infrarouge lointaine en trois couleurs de M51, le Whirlpool Galaxy.
Le rouge, le vert et le bleu correspondent aux bandes de longueur d'onde de 160 microns, 100 microns et 70 microns de la caméra et du spectromètre à matrice photoconductrice Herschel, instruments PACS. La lumière rougeoyante des nuages ​​de poussière et de gaz autour et entre les étoiles est clairement visible. Ces nuages ​​sont un réservoir de matière première pour la formation continue d'étoiles dans cette galaxie. Le bleu indique les régions de poussière chaude qui sont chauffées par les jeunes étoiles, tandis que la poussière plus froide apparaît en rouge. Image : ESA et le Consortium PACS

Whirlpool Galaxy (M51) en radiographie. Les rayons X d'un type rare de supernova dans la galaxie Whirlpool ont été récemment observés, grâce à la résolution fine de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA. L'équipe de chercheurs a également détecté un grand nombre de sources de rayons X ponctuelles dues aux trous noirs et aux étoiles à neutrons dans les systèmes d'étoiles binaires. Chandra’s image highlights the energetic central regions of the two interacting galaxies, NGC 5194 (center) and its smaller companion (upper left) NGC 5195.Image: NASA/CXC/UMD/A. Wilson et al.


Contenu

What later became known as the Whirlpool Galaxy was discovered on October 13, 1773, by Charles Messier while hunting for objects that could confuse comet hunters, and was designated in Messier's catalogue as M51. [12] Its companion galaxy, NGC 5195, was discovered in 1781 by Pierre Méchain, although it was not known whether it was interacting or merely another galaxy passing at a distance. In 1845, William Parsons, 3rd Earl of Rosse, employing a 72-inch (1.8 m) reflecting telescope at Birr Castle, Ireland, found that the Whirlpool possessed a spiral structure, the first "nebula" to be known to have one. [13] These "spiral nebulae" were not recognized as galaxies until Edwin Hubble was able to observe Cepheid variables in some of these spiral nebulae, which provided evidence that they were so far away that they must be entirely separate galaxies even though they are seen close together. [14]

The advent of radio astronomy and subsequent radio images of M51 unequivocally demonstrated that the Whirlpool and its companion galaxy are indeed interacting. Sometimes the designation M51 is used to refer to the pair of galaxies, in which case the individual galaxies may be referred to as M51a (NGC 5194) and M51b (NGC 5195).

Deep in the constellation Canes Venatici, M51 is often found by finding the easternmost star of the Big Dipper, Eta Ursae Majoris, and going 3.5° southwest. Its declination is, rounded, +47°, making it a circumpolar (never setting) for observers above the 43rd parallel north [a] it reaches a high altitude throughout this hemisphere making it an accessible object from the early hours in November through to the end of May, after which observation is more coincidental in modest latitudes with the risen sun (due to the Sun approaching to and receding from its Right Ascension, specifically figuring in Gemini, just to the north).

M51 is visible through binoculars under dark sky conditions, and it can be resolved in detail with modern amateur telescopes. [11] When seen through a 100 mm telescope the basic outlines of M51 (limited to 5×6') and its companion are visible. Under dark skies, and with a moderate eyepiece through a 150 mm telescope, M51's intrinsic spiral structure can be detected. With larger (>300 mm) instruments under dark sky conditions, the various spiral bands are apparent with HII regions visible, and M51 can be seen to be attached to M51B.

As is usual for galaxies, the true extent of its structure can only be gathered from inspecting photographs long exposures reveal a large nebula extending beyond the visible circular appearance. In 1984, thanks to the high-speed detector—the so-called image-photon-counting- IPCS—system—developed jointly by the CNRS Laboratoire d'Astronomie Spatiald (L.A.S.- CNRS) and the Observatoire de Haute Provence (O.H.P.) along with the particularly nice seeing offered by the Canada-France-Hawaii-Telescope (C.F.H.T.) 3.60m Cassegrain focus at Mauna Kea summit in Hawaii, Hua et al. detected the double component of the very nucleus of the Whirlpool galaxy (article in Astrophysical Letters and Communications, 1987, vol. 25, pp. 187–204).

In January 2005 the Hubble Heritage Project constructed a 11477 × 7965-pixel composite image (shown in the infobox above) of M51 using Hubble's ACS instrument. The image highlights the galaxy's spiral arms, and shows detail into some of the structures inside the arms. [15]

The Whirlpool Galaxy lies 23 million (31 million?) light-years from Earth and has an estimated diameter of 76,000 light-years. Overall the galaxy is about 43% the size of the Milky Way. Its mass is estimated to be 160 billion solar masses, [16] or around 10.3% of the mass of Milky Way Galaxy.

A black hole, once thought to be surrounded by a ring of dust, but now believed to be partially occluded by dust instead, exists at the heart of the spiral. A pair of ionization cones extend from the active galactic nucleus. [17]

Spiral structure Edit

The pronounced spiral structure of the Whirlpool Galaxy is believed to be the result of the close interaction between it and its companion galaxy NGC 5195, which may have passed through the main disk of M51 about 500 to 600 million years ago. In this proposed scenario, NGC 5195 came from behind M51 through the disk towards the observer and made another disk crossing as recently as 50 to 100 million years ago until it is where we observe it to be now, slightly behind M51. [18]

Formation d'étoiles Modifier

The central region of M51 appears to be undergoing a period of enhanced star formation. The present efficiency of star formation, defined as the ratio of mass of new stars to the mass of star-forming gas, is only

1%, quite comparable to the global value for the Milky Way and other galaxies. It is estimated that the current high rate of star formation can last no more than another 100 million years or so. [19]

Transient events Edit

Three supernovae have been observed in the Whirlpool Galaxy: [20]

In 1994, SN 1994I was observed in the Whirlpool Galaxy. It was classified as type Ic, indicating that its progenitor star was very massive and had already shed much of its mass, and its brightness peaked at apparent magnitude 12.91. [21]

In June 2005 the type II supernova SN 2005cs was observed in the Whirlpool Galaxy, peaking at apparent magnitude 14. [22] [23]

On 31 May 2011 a type II supernova was detected in the Whirlpool Galaxy, peaking at magnitude 12.1. [24] This supernova, designated SN 2011dh, showed a spectrum much bluer than average, with P Cygni profiles, which indicate rapidly expanding material, in its hydrogen-Balmer lines. [25] The progenitor was probably a yellow supergiant [26] and not a red or blue supergiant, which are thought to be the most common supernova progenitors.

On 22 January 2019, a supernova impostor, designated AT2019abn, was discovered in Messier 51. The transient was later identified as a luminous red nova. The progenitor star was detected in archival Spitzer Space Telescope infrared images. No object could be seen at the position of the transient in archival Hubble images, indicating that the progenitor star was heavily obstructed by interstellar dust. 2019abn peaked at magnitude 17, reaching an intrinsic brightness of M r = − 14.9 =-14.9> . [27]

Planet candidate Edit

In September 2020, the detection of a candidate exoplanet, named M51-ULS-1b, orbiting the high-mass X-ray binary M51-ULS-1 in this galaxy was announced. If confirmed, it would be the first known instance of an extragalactic planet, a planet dehors the Milky Way Galaxy. The planet was detected by eclipses of the X-ray source (XRS), which consists of a stellar remnant (either a neutron star or a black hole) and a massive star, likely a B-type supergiant. The planet would be slightly smaller than Saturn and orbit at a distance of some tens of astronomical units. [28] [29]

NGC 5195 (also known as Messier 51b or M51b) is a dwarf galaxy that is interacting with the Whirlpool Galaxy (also known as M51a or NGC 5194). Both galaxies are located approximately 25 million light-years away in the constellation Canes Venatici. Together, the two galaxies are one of the most widely studied interacting galaxy pairs.

The Whirlpool Galaxy is the brightest galaxy in the M51 Group, a small group of galaxies that also includes M63 (the Sunflower Galaxy), NGC 5023, and NGC 5229. [30] [31] [32] [33] This small group may actually be a subclump at the southeast end of a large, elongated group that includes the M101 Group and the NGC 5866 Group, although most group identification methods and catalogs identify the three groups as separate entities. [34]

A 1992 Hubble image showing a knot of dust once thought to be a pair of rings encircling a black hole


A close-up look at the whirlpool around a gigantic black hole

Detailed observations of the quasar 3C 273 with the GRAVITY instrument reveal the structure of rapidly moving gas around the central super-massive black hole, the first time that the so-called “broad line region” could be resolved. The international team of astronomers was thus able to measure the mass of the black hole with unprecedented precision. This measurement confirms the fundamental assumptions of the most commonly used method to measure the mass of central black holes in distant quasars. Studying these black holes and determining their masses is an essential ingredient to understanding galaxy evolution in general.

Optical image of the quasar 3C273, obtained with the Hubble Space Telescope. The quasar resides in a giant elliptical galaxy in the constellation of Virgo at a distance of about 2.5 billion lightyears. It was the first quasar ever to be identified.

Optical image of the quasar 3C273, obtained with the Hubble Space Telescope. The quasar resides in a giant elliptical galaxy in the constellation of Virgo at a distance of about 2.5 billion lightyears. It was the first quasar ever to be identified.

More than 50 years ago, the astronomer Maarten Schmidt identified the first “quasi-stellar object” or quasar, named 3C 273, as an extremely bright but distant object. The energy emitted by such a quasar is much greater than in a normal galaxy such as our Milky Way and cannot be produced by regular fusion processes in stars. Instead, astronomers assume that gravitational energy is converted into heat as material is being swallowed by an extremely massive black hole.

An international team of astronomers has now used the GRAVITY instrument to look deep into the heart of the quasar and was able to actually observe the structure of rapidly moving gas around the central black hole. So far, such observations had not been possible due to the small angular size of this inner region, which is about the size of our Solar system but at a distance of some 2.5 billion lightyears. The GRAVITY instrument combines all four ESO VLT telescopes in a technique called interferometry, which allows a huge gain in angular resolution, equivalent to a telescope with 130 metres in diameter. Thus the astronomers can reveal structures at the level of 10 micro-arcseconds, which corresponds to about 0.1 lightyears at the distance of the quasar (or an object the size of a 1-Euro-coin on the Moon).

Here the principle geometry of the Broad Line Region of the quasar is shown. The individual clouds are distributed in a thick ring (green shaded area), and rotate around the central black hole. The astronomers on Earth view this system under a slight angle (i).

Here the principle geometry of the Broad Line Region of the quasar is shown. The individual clouds are distributed in a thick ring (green shaded area), and rotate around the central black hole. The astronomers on Earth view this system under a slight angle (i).

“GRAVITY allowed us to resolve the so-called ‘broad line region’ for the first time ever, and to observe the motion of gas clouds around the central black hole”, explains Eckhard Sturm, lead author from the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE). “Our observations reveal that the gas clouds do whirl around the central black hole.”

The broad atomic emission lines are an observational hallmark of quasars, clearly indicating the extra-galactic origin of the source. So far, the size of the broad line region is measured mainly by a method called “reverberation mapping”. Brightness variations of the quasar’s central engine cause a light echo once the radiation hits clouds further out – the larger the size of the system, the later the echo. In the best cases, the motions of the gas can also be identified, often implying a disk in rotation. This result, derived from timing information, can now be confronted with spatially resolved observations with GRAVITY.

This map shows the best fitting model for the velocity of the clouds in the Broad Line Region. Red coloured clouds are moving away from the observer, blue coloured clouds are moving towards the observer. Even by eye, one can distinguish a rotation. The rotation axis coincides with the direction of the jet inside the model error bars.

“Our results support the fundamental assumptions of reverberation mapping,” confirms Jason Dexter, co-lead author from MPE. “Information about the motion and size of the region immediately around the black hole are crucial to measure its mass,” he adds. For the first time, the method was now tested experimentally and passed its test with flying colours, confirming previous mass estimates of about 300 million solar masses for the black hole. Thus, GRAVITY provides both a confirmation of the main method used previously to determine black hole masses in quasars and a new and highly accurate, independent method to measure such masses. It thereby promises to provide a benchmark for measuring black hole masses in thousands of other quasars.

Quasars play a fundamental role in the history of the Universe, as their evolution is intricately tied to galaxy growth. While astronomers assume that basically all large galaxies harbour a massive black hole at their centre, so far only the one in our Milky Way has been accessible for detailed studies.

“This is the first time that we can spatially resolve and study the immediate environs of a massive black hole outside our home galaxy, the Milky Way,” emphasizes Reinhard Genzel, head of the infrared research group at MPE. “Black holes are intriguing objects, allowing us to probe physics under extreme conditions – and with GRAVITY we can now probe them both near and far.”

Zoom into the centre of the quasar 3C273

This animation shows a zoom from an optical image of the quasar to an artist’s impression of the surroundings of a supermassive black hole, composed of a dusty torus, very hot, infalling material and often a jet of material ejected at high speeds from the black hole’s poles. Astronomers were now able to spatially resolve the “broad line region”, where gas clouds whirl around the central black hole.

1. Quasars or “quasi-stellar objects” are the active nuclei of far-away galaxies, which are extremely luminous. They typically appear as bright as several hundred billion stars, ten times more luminous than all stars in our Milky Way combined. This extreme luminosity allows them to be observed to vast distances quasars are among the most distant astronomical objects that can be observed.

2. 3C273 was the first quasar to be identified as a “quasi-stellar object” by Maarten Schmidt in 1963. It is located in the constellation Virgo and can even be observed with good amateur telescopes.

3. The method of “reverberation mapping” is used in estimating the mass of the central black hole in a quasar. Typically, the continuum radiation from the inner accretion disk, where in-falling material is heated to very high temperature, is variable. This continuum radiation can be observed directly, but it also illuminates gas clouds a bit further away from the centre. These clouds in turn will send out radiation in emission lines, which are broadened due to their fast rotation (the “broad line region”). The time delay between the variability of the continuum (from matter close to the black hole) and the broad line region a bit further out serves as a characteristic length scale – on the order of 1 lightmonth or the size of our Solar System. The length scale thus provides information on the geometry around the black hole and can be used to estimate its mass.

4. The GRAVITY instrument combines the light from the four ESO VLT telescopes on Paranal, Chile, to form a virtual telescope with 130 metres across, using a technique called interferometry. This enables the astronomers to detect much finer detail in astronomical objects than is possible with a single telescope.


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FACTS, LOCATION AND SIZE

The Whirlpool Galaxy was first observed by Charles Messier on October 13, 1773, when he was observing a comet. He later added the object to his catalogue as Messier 51. The smaller galaxy, NGC 5195, was discovered by Messier’s colleague Pierre Méchain in 1781.

Charles Messier originally described the object as a “very faint nebula, without stars, near the eye of the Northern Greyhound, below the star Eta of 2nd magnitude of the tail of Ursa Major… One cannot see this nebula without difficulties with an ordinary 3.5 foot telescope. Near it is a star of 8th magnitude.” After the discovery of the smaller companion galaxy, he noted, “It is double, each has a bright centre, which are separated 4󈧧”. The two ‘atmospheres’ touch each other, the one is even fainter than the other.”

The Whirlpool galaxy was the first galaxy to be recognized as a spiral, in spring 1845, after William Parsons, the 3rd Earl of Rosse, observed it with his 72-inch reflector, the so-called Leviathan. Lord Rosse also created a very accurate painting of the object, which is why Messier 51 is sometimes also called Rosse’s Galaxy or Lord Rosse’s ‘Question Mark.’

The Whirlpool Galaxy is relatively easy to find in good observing conditions. It lies just below Alkaid, Eta Ursae Majoris, the bright star marking the tip of the handle of the Big Dipper in Ursa Major constellation. It can be found by moving the binoculars to the southwest of Alkaid, toward Cor Caroli, Alpha Canum Venaticorum, the brightest star in Canes Venatici constellation. The Whirlpool Galaxy is located 3.5° to the southeast of Alkaid. It is best viewed at a low magnification and, to make out the spiral arms, one needs at least a 4-inch telescope.

The Whirlpool Galaxy is approximately 60 light years across. It has an angular diameter of about 11.2′. The galaxy’s bright circular disk is believed to have a radius of approximately 43,000 light years. The estimated mass of M51 is about 160 billion solar masses.

The galaxy’s compact nucleus is classified as of Seyfert type 2.5. The declination of the galaxy is +47°, which makes M51 circumpolar (never setting below the horizon) for observers above 43°N latitude.

With a diameter of approximately 75,000 light years, the Whirlpool is about 25 percent smaller than our own galaxy, the Milky Way. The angular diameter of the galaxy is about 1/3rd the width of the full Moon.

In good viewing conditions, the Whirlpool Galaxy can be seen with binoculars, and with amateur telescopes it can be observed in greater detail. The outlines of the Whirlpool and its companion galaxy are visible through a 100 mm telescope, and the spiral structure can be seen though a 150 mm telescope. To see the galaxy’s spiral bands and HII regions, one needs a larger instrument, ideally one of more than 300 mm.

Three supernovae have been observed in the galaxy. SN 1994I was spotted on April 2, 1994. It peaked at magnitude 12.8 and was classified as a type Ic supernova. SN 2005cs, a type II supernova was seen on June 27, 2005, and peaked at visual magnitude 14. SN 2011dh was detected on May 31, 2011. It had an apparent visual magnitude of 14.2, peaked at magnitude 13.5, and was classified as a type II supernova.

The Whirlpool Galaxy, also known as M51 or NGC 5194, is having a close encounter with a nearby companion galaxy, NGC 5195, just off the upper edge of this image. The companion’s gravitational pull is triggering star formation in the main galaxy, as seen in brilliant detail by numerous, luminous clusters of young and energetic stars. The bright clusters are highlighted in red by their associated emission from glowing hydrogen gas. This Wide Field Planetary Camera 2 image enables researchers to clearly define the structure of both the cold dust clouds and the hot hydrogen and link individual clusters to their parent dust clouds. Intricate structure is also seen for the first time in the dust clouds. Along the spiral arms, dust “spurs” are seen branching out almost perpendicular to the main spiral arms. Image: NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

The central region of the Whirlpool Galaxy is undergoing a period of intense star formation at a rate it will likely not be able to sustain for more than another 100 million years. In NGC 5195, however, there are almost no new stars being formed. This means that the smaller galaxy was either dust-poor even before the encounter with the Whirlpool or it has been stripped of dust as a result of the interaction with the larger galaxy.

The Whirlpool Galaxy and NGC 5195 had not been confirmed to be interacting until the first radio images of the pair were obtained. Prior to that, astronomers could not determine with any degree of certainty that the two galaxies were not just lying in the same line of sight.

Both NGC 5194 and NGC 5195 are believed to contain supermassive black holes, each emitting intense X-rays.

The current spiral structure of the larger galaxy is believed to be a result of the smaller galaxy passing through its main disk some 500 to 600 million years ago and making another crossing about 50 to 100 million years ago. NGC 5195 is now located slightly behind the Whirlpool Galaxy.

The two galaxies are gravitationally bound and approaching each other for another interaction. They will eventually merge, but not before they have made a few more passes, which will likely take hundreds of millions of years.

The Whirlpool Galaxy is the brightest member of the M51 Group, a group of galaxies that includes several notable members located in the same region of the sky: the Sunflower Galaxy (Messier 63), NGC 5023, NGC 5229, UGC 8313, and UGC 8331.


So how many supermassive black holes *are* there in Holmberg 15A anyway?

Around 760 million light years from Earth lies the galaxy cluster Abell 85, a mighty collection of about 500 galaxies all orbiting one another. At its center is the enormous elliptical galaxy Holmberg 15A… and I do mean enormous some estimates put it at well over 50 trillion times the mass of the Sun, dozens of times more massive than the Milky Way.

All big galaxies have a supermassive black hole in their hearts, millions or billions of times the Sun's mass. In very rough terms the black hole size scales with the galaxy, and since the galaxy is so huge it's thought the black hole at its core may be as well. It's never been measured directly, but using various indirect bellwethers its mass has been estimated at tens of billions to well over a hundred billion times the Sun's mass. If true, it's the most massive black hole known. However, its actual size is in fact unknown.

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But there's more of a mystery here as well. Some astronomers have speculated that it's not one black hole but actually two, a supermassive black hole binary system. These are very rare, forming when two big galaxies collide and merge. Eventually the two big bruisers approach one another and enter into mutual orbit. Over many billions of years they can coalesce, merging themselves to form a single, more massive black hole.

Not many binary systems like this are known, despite dedicated searches for them. While it's not always possible to see them directly, their effects on the galaxy around them can give away their presence.

Abell 85, a galaxy cluster with over 400 galaxy members. Holmberg 15A is the central elliptical galaxy, and is extremely massive. Credit: Matthias Kluge/USM/MPE

For example, stars in the center of the galaxy will orbit both black holes. From far away the gravitational fields of both black holes combine and it's like orbiting a single object. But if a star gets close, the difference in distance between the star and the two individual black holes can affect the star's orbit. As it swings past, the orbital motion of the two black holes around each other can fling the star away hard enough that it no longer stays in the center of the galaxy. Over time, the central part of the galaxy will have a deficit of stars.

So, one way to look for binary supermassive black holes is to look at the very centers of these galaxies and see if they are dimmer there than expected. If so, this may be due to the black holes ejecting stars.

And hey, observations of Holmberg 15A described in a paper published in 2014 show that the center of the galaxy is dimmer than expected. That's interesting! So is this evidence of a binary black hole?

Well, hold up. A new paper published late 2020 refutes that claim. The problem, it's claimed, is in the air around us.

The atmosphere above our heads is constantly moving around. As light from an object in space passes through it, little packets of air act like lenses, bending the light to and fro. What we see from the ground is the object apparently dancing around a bit — this is what causes a star to twinkle. But if you take a long exposure of that object it gets blurred out, just like taking a long exposure with a handheld camera will blur the photo due to your hand moving a bit.

What the second paper argues is that this phenomenon adversely affected the measurements of Holmberg 15A's core. The light from the center got smeared out, making it look dimmer than expected. Sure enough, observations taken under better conditions show that the center is not dimmer than expected, and, if anything, is actually a little brighter than you'd expect.

Very Large Array radio observations show the center of Holmberg 15A has a pair of jets (extensions up and down), beams of matter shooting away from a central source, presumably a supermassive black hole. Credit: Madrid, 2020

Also, deep, high-resolution radio observations of Holmberg 15A using the Very Large Array don't show any evidence of a black hole pair there. It does reveal relatively short (7,000 light years long each) jets of matter streaming away from the core, which is pretty good evidence there's a black hole there. But it looks to be alone.

That seems to put the kibosh on the binary black hole. But wait! There's more!

Observations of Holmberg 15A in visible light (left) indicate the galaxy center (red circle) and a nearby source of light (blue circle), also seen in X-ray observations (right). Credit: Madrid, 2020

Right next to the core of the galaxy is a bright source of light, seen in images taken with optical telescopes. An image using the Chandra X-ray Observatory shows this object as well. As matter falls into a black hole it can emit X-rays strongly.

Could this be another black hole? The 2014 paper suggests it could be. It's a relatively minor point they make, and they note previous observations seem to indicate it's a background galaxy, but they basically suggest it's not totally clear and that follow-up observations should be made to make the case one way or another. Fair enough.

In the 2020 paper, though, results of such follow-ups were reported. Using the monster 10-meter Gran Telescopio Canarias, a spectrum of this object reveals it's a quasar, a galaxy with its central black hole gobbling down matter and emitting light, including X-rays. However, this quasar is a staggering 9.5 billion light years away, far far in the background, and its alignment with the center of Holmberg 15A coincidental.

Ah well. The brief hopes that this was a triple black hole are dashed, and it's unlikely even to be binary. To be clear, the second paper can't rule out a binary, either, just that the evidence so far doesn't support that conclusion. Perhaps extremely high-resolution radio observations can clear this up, but those haven't yet been done.

So is it even an ultramassive black hole? Can it at least keep that title?

C'est difficile à dire. There are copious papers looking at the mass, and they all get pretty high numbers for it, so it does seem likely to me there's a beast in the middle of that galaxy, but just how beastly it is hasn't yet been determined.

I know I'm not really giving you a lot of hard answers here, but hey, that's astronomy. It's not like in the movies when you point a telescope at something and yell, "AHA!" Sometimes it can be like that, but not often. Usually it's incremental, finding something interesting, then following up on it, usually many times, working ever-closer (you hope) toward figuring out what the heck it is you're seeing. But the Universe can be jealous of its secrets, and our own instruments and how we use them can make this harder.

If it were easy we'd already know everything. And that wouldn't be nearly as much fun.

My thanks to the author of the new research, Juan Madrid, for letting me know about this.


Ultramassive Black Hole Found in Elliptical Galaxy Holmberg 15A

Astronomers using ESO’s Very Large Telescope (VLT) have discovered an enormous black hole at the center of Holmberg 15A, a supergiant elliptical galaxy and the central, dominant member of the galaxy cluster Abell 85.

Enormous black holes at the cores of galaxies blast radiation and ultra-fast winds outward, as illustrated in this artist’s conception. Image credit: NASA / JPL-Caltech.

Astronomers know about the class of the largest black holes, which they call supermassive black holes.

Typically, these objects, located at the centers of huge galaxies, have masses ranging between 100,000 and 10 billion times that of our Sun.

But the central galaxies of huge galaxy clusters contain monstrous black holes with masses over 10 billion times that of the Sun.

Scientists refer to black holes of this size as ultramassive black holes and only know of a few confirmed examples.

The newly-discovered ultramassive black hole resides in Holmberg 15A, a supergiant elliptical galaxy located in the center of a group of over 500 galaxies called Abell 85.

The object was discovered by astronomer Kianusch Mehrgan and her colleagues from the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University Observatory Munich.

“We obtained wide-field spectroscopic data of Holmberg 15A, the brightest cluster galaxy of the cool-core galaxy cluster Abell 85, from VLT’s Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) on November 16, 2017, and August 10, 2018,” they said.

Gemini Multi Object Spectrograph image of the Holmberg 15A (center). Discovered in the 1930s by astronomer Erik Holmberg, this galaxy is located about 700 million light-years away in the constellation Cetus. Holmberg 15A’s central black hole is estimated to have a mass of 40 billion suns. By comparison, the mass of the supermassive black hole found at the center of our Milky Way Galaxy is only about 4 million suns. Scale bar – 10 kpc (32,616 light-years). Image credit: Juan P. Madrid & Carlos J. Donzelli, doi: 10.3847/0004-637X/819/1/50.

Holmberg 15A’s ultramassive black hole is estimated to have a mass of 40 billion times that of the Sun.

“This is the most massive black hole with a direct dynamical detection in the local Universe,” the researchers said.

“It is a factor of two larger than black holes in NGC 4889 (21 billion times that of the Sun) and NGC 1600 (17 billion times that of the Sun).”

“This black hole is not only one of the most massive known, it is also 4 to 9 times larger than expected given the galaxy’s bulge stellar mass.”

The team’s work will be published in the Journal d'astrophysique.

K. Mehrgan et al. 2019. A 40-billion solar mass black hole in the extreme core of Holm 15A, the central galaxy of Abell 85. ApJ, in press arXiv: 1907.10608


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