Обнаружение сверхмассивной черной дыры с массой в 30 миллиардов солнечных термометров благодаря явлению искривления света

Группа астрономов обнаружила одну из крупнейших когда-либо обнаруженных черных дыр, воспользовавшись явлением, называемым гравитационным линзированием.

Криволинейная гравитация света

Команда, возглавляемая Даремским университетом в Великобритании, использовала гравитационное линзирование, когда галактика на переднем плане изгибает и увеличивает свет от удаленного объекта, а моделирование на суперкомпьютере на объекте DiRAC HPC позволило команде внимательно изучить, как свет изгибается черной дырой. внутри галактики в сотнях миль от Земли, в миллионах световых лет от Земли.

Команда смоделировала свет, путешествующий по Вселенной сотни тысяч раз, причем каждая симуляция включала разную массу.[{» attribute=»»>black hole, changing light’s journey to Earth.

An artist’s impression of a black hole, where the black hole’s intense gravitational field distorts the space around it. This warps images of background light, lined up almost directly behind it, into distinct circular rings. This gravitational “lensing” effect offers an observation method to infer the presence of black holes and measure their mass, based on how significant the light bending is. The Hubble Space Telescope targets distant galaxies whose light passes very close to the centers of intervening fore-ground galaxies, which are expected to host supermassive black holes over a billion times the mass of the sun. Credit: ESA/Hubble, Digitized Sky Survey, Nick Risinger (skysurvey.org), N. Bartmann

30 billion times the mass of our Sun

When the researchers included an ultramassive black hole in one of their simulations, the path taken by the light from the faraway galaxy to reach Earth matched the path seen in real images captured by the Hubble Space Telescope.

What the team had found was an ultramassive black hole, an object over 30 billion times the mass of our Sun, in the foreground galaxy – a scale rarely seen by astronomers.

This is the first black hole found using gravitational lensing and the findings were published today (March 29) in the journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Видео, показывающее, как астрономы использовали гравитационное линзирование, чтобы обнаружить черную дыру в 30 миллиардов раз больше массы Солнца в галактике на расстоянии 2 миллиардов световых лет. Предоставлено: Даремский университет.

Оглядываясь назад в космическое время

Большинство самых больших черных дыр, о которых мы знаем, находятся в активном состоянии, поскольку вещество, притягивающееся к черной дыре, нагревается и высвобождает энергию в виде света, рентгеновских лучей и другого излучения.

Гравитационное линзирование позволяет изучать неактивные черные дыры, что в настоящее время невозможно в далеких галактиках. Этот подход может позволить астрономам обнаруживать неактивные черные дыры, которые являются более массивными, чем считалось ранее, и исследовать, как они становятся такими массивными.

История этого самого открытия началась в 2004 году, когда коллега-астроном Даремского университета профессор Аластер Эдж заметил гигантскую дугу гравитационной линзы при просмотре изображений SGS.

Перенесемся на 19 лет вперед и с помощью нескольких фотографий очень высокого разрешения из[{» attribute=»»>NASA’s Hubble telescope and the DiRAC COSMA8 supercomputer facilities at Durham University, Dr. Nightingale and his team were able to revisit this and explore it further.

Exploring the mysteries of black holes

The team hopes that this is the first step in enabling a deeper exploration of the mysteries of black holes, and that future large-scale telescopes will help astronomers study even more distant black holes to learn more about their size and scale.

Reference: “Abell 1201: detection of an ultramassive black hole in a strong gravitational lens” by J W Nightingale, Russell J Smith, Qiuhan He, Conor M O’Riordan, Jacob A Kegerreis, Aristeidis Amvrosiadis, Alastair C Edge, Amy Etherington, Richard G Hayes, Ash Kelly, John R Lucey and Richard J Massey, 29 March 2023, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stad587

The research was supported by the UK Space Agency, the Royal Society, the Science and Technology Facilities Council (STFC), part of UK Research and Innovation (UKRI), and the European Research Council.

This work used both the DiRAC Data Intensive Service (CSD3) and the DiRAC Memory Intensive Service (COSMA8), hosted by University of Cambridge and Durham University on behalf of the DiRAC High-Performance Computing facility.