Откриване на свръхмасивна черна дупка с маса от 30 милиарда слънчеви термина чрез феномена на огъване на светлината

Астрономи, ръководени от университета Дърам, откриха една от най-големите черни дупки, откривани някога, с маса над 30 милиарда пъти по-голяма от тази на Слънцето, чрез използването на гравитационни лещи и суперкомпютърни симулации в съоръжението DiRAC HPC. Тази новаторска технология, която симулира светлината, пътуваща през Вселената, позволи на изследователите да предскажат точно пътя на светлината, както се вижда в реални изображения от космическия телескоп Хъбъл. Откритието е публикувано в Месечни известия на Кралското астрономическо дружество.

Екип от астрономи откри една от най-големите черни дупки, откривани някога, възползвайки се от явление, наречено гравитационна леща.

Гравитационно огъване на светлината

Екипът, ръководен от университета Дърам в Обединеното кралство, използва гравитационни лещи – където галактика на преден план огъва и увеличава светлината от далечен обект – и суперкомпютърни симулации в съоръжението DiRAC HPC позволиха на екипа да проучи отблизо как светлината се огъва от черна дупка вътре в галактика на стотици километри от нас, на милиони светлинни години от Земята.

Екипът симулира светлина, пътуваща през Вселената стотици хиляди пъти, като всяка симулация включва различна маса[{“ 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, показващо как астрономите са използвали гравитационни лещи, за да открият черна дупка с 30 милиарда пъти масата на Слънцето в галактика, отдалечена на 2 милиарда светлинни години. Кредит: Университет Дърам

Поглед назад в космическото време

Повечето от най-големите черни дупки, за които знаем, са в активно състояние, тъй като материята, изтеглена близо до черната дупка, се нагрява и освобождава енергия под формата на светлина, рентгенови лъчи и друга радиация.

Гравитационните лещи правят възможно изследването на неактивни черни дупки, което в момента не е възможно в далечни галактики. Този подход може да позволи на астрономите да открият неактивни черни дупки, които са по-масивни, отколкото се смяташе досега, и да изследват как растат толкова масивни.

Историята на това откритие започва през 2004 г., когато астрономът от университета в Дърам, професор Аластър Едж, забелязва гигантска дъга на гравитационна леща, когато преглежда изображения от SGS.

Бързо напред 19 години и с помощта на някои снимки с много висока резолюция от[{“ 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.